KR100977311B1 - Apparatus for optical pointing - Google Patents

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Abstract

크기를 최소화하고 이미지 품질을 향상시키기 위한 광 포인팅 장치를 제공한다. 광 포인팅 장치는 피사체를 감지하기 위한 빛을 발산하는 발광소자로 구성되는 발광부, 상기 피사체와 접촉하며, 상기 발광부에서 발산된 빛이 도달하여 상기 피사체에서 반사되는 물체면과 상기 피사체에서 반사된 빛을 집속하여 전달하는 결상계를 일체형으로 포함하여 구성되는 일체부 및 상기 일체부의 결상계를 통하여 전달되는 빛을 이용하여 이미지를 형성하기 위한 다수의 픽셀로 구성되는 수광부를 포함하여 구성된다. 따라서, 전반사 현상을 이용하여 피사체에 대한 이미지 왜곡을 방지할 수 있다. 또한, 독립 어레이 렌즈를 이용하여 넓은 물체면에 대응할 수 있으므로 광 포인팅 장치의 소형화 및 슬림화에 기여할 수 있다. 더불어, 물체면, 조명계 및 결상계를 일체형으로 구성하여 조립공정에서 조립오차를 방지하고, 작업성과 양산성을 향상시킬 수 있다.There is provided an optical pointing device for minimizing size and improving image quality. The optical pointing device includes a light emitting part including a light emitting element emitting light for detecting a subject and a contact with the subject, and the light emitted from the light emitting part reaches and is reflected from the object surface and the subject. And a light receiving unit comprising a plurality of pixels for forming an image using light transmitted through the imaging system of the integral part, and an integrated part including an imaging system for focusing and transmitting light. Therefore, it is possible to prevent image distortion of the subject by using the total reflection phenomenon. In addition, since an independent array lens can be used to cope with a wide object surface, it can contribute to miniaturization and slimming of the optical pointing device. In addition, the object surface, the illumination system and the imaging system may be integrally formed to prevent assembly errors in the assembly process and to improve workability and mass productivity.

광 포인팅 장치, 발광부, 일체부, 수광부, 물체면, 독립 어레이 렌즈 Optical pointing device, light emitting part, integral part, light receiving part, object plane, independent array lens

Description

광 포인팅 장치{Apparatus for optical pointing}Optical pointing device {Apparatus for optical pointing}

본 발명은 광 포인팅 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 크기를 최소화하기 위해 일체형으로 구성된 광 포인팅 장치에 관한 것이다.The present invention relates to an optical pointing device, and more particularly to an optical pointing device integrally configured to minimize the size.

종래 소형 정보기기에서는 주로 키패드를 이용하여 정보를 입력하고, 컨트롤하는 방식이 채택되어 왔다. 키패드를 이용한 입력 방식은 전화번호 입력 또는 문자 전송 등과 같은 단순한 기능을 제공하였고, 이러한 키패드를 이용한 입력 방식은 종래 정보기기의 제한된 기능을 이용하기에 충분하였다.In the conventional small information equipment, a method of inputting and controlling information using a keypad is mainly adopted. The input method using the keypad provided simple functions such as telephone number input or text transmission, and the input method using the keypad was sufficient to use the limited functions of the conventional information equipment.

최근의 정보기기들은 사용자의 요구를 충족시키기 위해 다양한 기능과 서비스를 제공하고 있다. 즉, 정보기기에 컬러 및 고해상도의 디스플레이 화면이 채용되고, 외형적으로도 슬림화, 소형화가 진행되고 있는 것이다.Modern information devices provide various functions and services to meet the needs of users. In other words, color and high resolution display screens have been adopted for information devices, and slimming and miniaturization have also been performed.

반면에 사용자 입력 장치로는 아직까지도 고정적인 매트릭스 배열을 가지는 키패드(key pad)가 주로 이용되고 있다. 결국, 키패드를 이용한 사용자 입력 장치를 이용하여 다양한 부가서비스를 제공하기에는 한계가 따르고 있는 실정이다.On the other hand, as a user input device, a keypad (key pad) having a fixed matrix arrangement is still mainly used. As a result, there are limitations in providing various additional services using a user input device using a keypad.

이러한 키패드를 이용한 사용자 인터페이스의 대안으로 최근 생산되는 정보기기들의 상당수는 터치패드(touch pad)와 같은 터치 방식의 사용자 인터페이스를 채택하고 있다. 이는 터치 방식 인터페이스 장치의 비용절감 및 종래의 터치 방식 인터페이스 장치들의 낮은 신뢰성과 수명의 문제가 해결된 결과이다.As an alternative to the user interface using the keypad, many of the recently produced information devices employ a touch type user interface such as a touch pad. This is a result of reducing the cost of the touch interface device and the problem of low reliability and life of the conventional touch interface device.

터치패드는 광 포인팅 장치를 이용하여 위치 정보를 인식하고, 이를 이용하여 다양한 입력 기능을 할 수 있는 장치와 압력 감지기가 달려 있는 평판으로서, 손가락이나 스타일러스 펜 등을 이용해 접촉하면 압력을 감지하여 화면의 지시자가 움직이고 이러한 위치 정보를 인식하여 다양한 입력기능을 할 수 있는 장치로 구분된다. 특히, 광 포인팅 장치는 지문 인식 장치 등으로의 다양한 용도로 활용이 가능하다. 최근에는 이러한 터치 패드로 이용될 수 있는 다양한 2차원 광 포인팅 장치들이 개발되었다.The touchpad is a flat panel equipped with a pressure sensor and a device that can perform various input functions by using an optical pointing device.The touchpad detects pressure when a finger or a stylus pen is touched, The indicator moves and recognizes this location information and is classified into a device that can perform various input functions. In particular, the optical pointing device can be utilized for various purposes such as a fingerprint recognition device. Recently, various two-dimensional optical pointing devices that can be used as such touch pads have been developed.

도 1은 한국공개특허 제10-2005-0002463호의 '손가락 표면을 이용한 소형 포인팅 장치'의 예시도이다. 도 1을 참조하면, 발광소자(110)에서 발산되는 빛이 투명판(121)의 일면에 도달하고, 상기 투명판을 통과하여, 상기 투명판의 입사면의 배면에 위치한 피사체(140)에 도달된다. 상기 피사체(140)에 도달된 빛은 상기 피사체에서 반사된다. 상기 피사체에서 반사된 빛은 렌즈(123)를 통하여 수광부(130)에 전달된다. 결국, 수광부(130)에서 피사체의 이미지를 인식하게 된다.1 is an exemplary view of a 'small pointing device using the surface of the finger' of Korea Patent Publication No. 10-2005-0002463. Referring to FIG. 1, light emitted from the light emitting element 110 reaches one surface of the transparent plate 121, passes through the transparent plate, and reaches the subject 140 positioned on the rear surface of the incident surface of the transparent plate. do. Light reaching the subject 140 is reflected from the subject. The light reflected from the subject is transmitted to the light receiver 130 through the lens 123. As a result, the light receiver 130 recognizes the image of the subject.

최근의 정보기기가 슬림화되고 소형화되어 가능 추세에서 정보기기에 터치패드를 적용하기 위해서는 짧은 초점거리가 요구된다. 하지만, 이를 위해 도입되는 ㎛단위의 초점거리를 갖는 상기 단일 렌즈(123)로는 수 mm2 ~ cm2 크기에 이르는 상기 피사체(140)의 이미지를 취득하기에 어려움이 많다. 또한, 짧은 초점거리로 인 해 조립 시 작은 조립 오차에도 상기 수광부(130)에서 인식하는 이미지의 변화가 크게 되므로 제작에 어려움이 많이 따르게 된다.Recently, information devices have become slim and miniaturized, and thus, a short focal length is required to apply a touch pad to information devices. However, with the single lens 123 having a focal length of μm introduced for this purpose, it is difficult to acquire an image of the subject 140 ranging from several mm 2 to cm 2 . In addition, due to the short focal length, the change of the image recognized by the light receiving unit 130 becomes large, even when a small assembly error during assembly is difficult to produce a lot.

도 2는 한국공개특허 제10-2006-0034735호의 '마이크로 어레이 구조를 적용한 초슬림 광 조이스틱'의 예시도이다. 도 2를 참조하면, 발광소자(210)에서 발산되는 빛이 광 도파로(211)를 통하여 투명판(221)의 일면에 도달되고, 상기 투명판(221)을 통과하여, 상기 투명판(221)의 입사면의 배면에 위치한 피사체(240)에 도달된다. 상기 피사체(240)에 도달된 빛은 상기 피사체(240)에서 반사되고, 상기 투명판(221) 및 마이크로 어레이 렌즈(223)를 통해 수광부(231)에 전달된다.2 is an exemplary view of the 'ultra-slim optical joystick applying the micro array structure' of Korean Patent Publication No. 10-2006-0034735. 2, light emitted from the light emitting device 210 reaches one surface of the transparent plate 221 through the optical waveguide 211, passes through the transparent plate 221, and passes through the transparent plate 221. The subject 240 is located on the back of the incident surface of the. The light reaching the subject 240 is reflected by the subject 240 and is transmitted to the light receiving unit 231 through the transparent plate 221 and the micro array lens 223.

도 2에서는 도 1과 달리 짧은 초점거리를 구현하기 위해 상기 마이크로 어레이 렌즈(223)를 상기 수광부(231)의 픽셀(pixel)수에 대응되게 배열하였다. 하지만, 상기 수광부(231)의 정확한 이미지 인식을 위해 곡률 반경이 수십 마이크로미터인 상기 마이크로 어레이 렌즈(223)를 상기 수광부(231)의 픽셀(pixel)에 일대일 대응되도록 정렬시켜야 하는 문제점이 있다. 또한, 정렬에 따르는 조립오차를 감소시키기에는 한계가 따른다.In FIG. 2, the micro array lens 223 is arranged to correspond to the number of pixels of the light receiving unit 231 to implement a short focal length unlike FIG. 1. However, there is a problem in that the microarray lens 223 having a radius of curvature of several tens of micrometers is aligned to have a one-to-one correspondence with a pixel of the light receiver 231 for accurate image recognition of the light receiver 231. In addition, there is a limit to reducing the assembly error due to alignment.

도 3은 도 2의 A부분에 대한 설명을 위한 확대도이다. 도 3을 참조하면, 피사체가 상기 투명판(330)과 접촉되어 있는 영역(310)에서는 입사된 빛(311)이 피사체에서 반사되고, 반사된 빛(312)이 상기 수광부(미도시)로 전달된다. 그러나, 피사체가 상기 투명판(330)과 접촉되어 있지 않는 영역(320)에서도 입사된 빛(321)이 피사체에서 반사되고, 반사된 빛(322)이 상기 수광부(미도시)에 전달된다. 따라서 피사체의 이미지를 왜곡하는 문제점이 있다.3 is an enlarged view illustrating a portion A of FIG. 2. Referring to FIG. 3, in the region 310 where the subject is in contact with the transparent plate 330, the incident light 311 is reflected from the subject, and the reflected light 312 is transmitted to the light receiving unit (not shown). do. However, even in an area 320 where the subject is not in contact with the transparent plate 330, the incident light 321 is reflected from the subject, and the reflected light 322 is transmitted to the light receiving unit (not shown). Therefore, there is a problem of distorting the image of the subject.

상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 크기를 최소화하기 위해 일체형으로 구성된 광 포인팅 장치를 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention for solving the above problems is to provide an optical pointing device that is integrally configured to minimize the size.

상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 광 포인팅 장치의 일 실시예로 피사체를 감지하기 위한 빛을 발산하는 발광소자로 구성되는 발광부, 상기 피사체와 접촉하며, 상기 발광부에서 발산된 빛이 도달하여 상기 피사체에서 반사되는 물체면과 상기 피사체에서 반사된 빛을 집속하여 전달하는 결상계를 일체형으로 포함하여 구성되는 일체부 및 상기 일체부의 결상계를 통하여 전달되는 빛을 이용하여 이미지를 형성하기 위한 다수의 픽셀로 구성되는 수광부를 포함하여 구성되는 광 포인팅 장치를 제공한다.In one embodiment of the optical pointing device according to the present invention to achieve the object of the present invention described above, a light emitting unit comprising a light emitting element for emitting a light for sensing a subject, in contact with the subject, and emits from the light emitting unit An image using an integral part configured to integrally include an object surface reflecting the reflected light from the object and an image forming system for focusing and transmitting the light reflected from the object, and an image transmitted through the image forming system of the integral part Provided is an optical pointing device including a light receiving unit composed of a plurality of pixels for forming a.

여기에서, 상기 발광부는 발산된 빛의 손실을 방지하기 위한 광가이드를 더 포함하여 구성될 수 있다.Here, the light emitting unit may further include a light guide to prevent the loss of the emitted light.

여기에서, 상기 발광부는 발광된 빛이 상기 물체면에서 전반사될 수 있는 입사각을 형성하도록 배치될 수 있다.The light emitting part may be disposed to form an incident angle at which the emitted light may be totally reflected at the object plane.

여기에서, 상기 결상계는 상기 피사체에서 반사된 빛을 상기 수광부의 다수의 픽셀에 전달하는 독립 어레이 렌즈로 구성될 수 있다.Here, the imaging system may be configured as an independent array lens for transmitting the light reflected from the subject to the plurality of pixels of the light receiving unit.

여기에서, 상기 독립 어레이 렌즈는 짧은 초점거리를 확보하기 위한 평면렌즈로 구성될 수 있다.Here, the independent array lens may be configured as a planar lens to secure a short focal length.

여기에서, 상기 수광부는 노이즈로 작용하는 빛을 차단하기 위한 조리개를 더 포함하여 구성될 수 있다.The light receiving unit may further include an aperture for blocking light acting as a noise.

상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 광 포인팅 장치의 다른 실시예로 피사체를 감지하기 위한 빛을 발산하는 발광소자로 구성되는 발광부, 상기 피사체와 접촉하며, 상기 발광부에서 발산된 빛이 도달하여 상기 피사체에서 반사되는 물체면, 상기 발광부에서 발산된 빛이 상기 물체면에서 전반사될 수 있는 입사각을 형성하도록 구성되는 조명계 및 상기 피사체에서 반사된 빛을 집속하여 전달하는 결상계를 일체형으로 포함하여 구성되는 일체부, 및 상기 일체부의 결상계를 통하여 전달되는 빛을 이용하여 이미지를 형성하기 위한 다수의 픽셀로 구성되는 수광부를 포함하여 구성되는 광 포인팅 장치를 제공한다.In another embodiment of the optical pointing device according to the present invention to achieve the object of the present invention described above, a light emitting part composed of a light emitting element for emitting a light for detecting a subject, in contact with the subject, and emits from the light emitting portion An illumination system configured to form an angle of incidence in which the emitted light reaches and is reflected from the subject, the light emitted from the light emitter is totally reflected at the object surface, and an imaging system for focusing and transferring the light reflected from the subject It provides an optical pointing device comprising an integral part consisting of a unitary, and a light receiving unit consisting of a plurality of pixels for forming an image by using the light transmitted through the imaging system of the integral part.

여기에서, 상기 발광부는 발산된 빛의 손실을 방지하기 위한 광가이드를 더 포함하여 구성될 수 있다.Here, the light emitting unit may further include a light guide to prevent the loss of the emitted light.

여기에서, 상기 결상계는 상기 피사체에서 반사된 빛을 상기 수광부의 다수의 픽셀에 전달하는 독립 어레이 렌즈로 구성될 수 있다.Here, the imaging system may be configured as an independent array lens for transmitting the light reflected from the subject to the plurality of pixels of the light receiving unit.

여기에서, 상기 독립 어레이 렌즈는 짧은 초점거리를 확보하기 위한 평면렌즈로 구성될 수 있다.Here, the independent array lens may be configured as a planar lens to secure a short focal length.

여기에서, 상기 수광부는 노이즈로 작용하는 빛을 차단하기 위한 조리개를 더 포함하여 구성될 수 있다.The light receiving unit may further include an aperture for blocking light acting as a noise.

본 발명에 따른 광 포인팅 장치를 이용하게 되면, 발광부에서 입사각을 조절 하거나 조명계를 이용하여 물체면에서 전반사될 수 있도록 함으로써 피사체에 대한 이미지 왜곡을 방지할 수 있고, 물체면에 피사체가 없는 경우에 발생할 수 있는 사용자의 눈부신 현상을 방지할 수 있다. 또한, 결상계에 구비된 독립 어레이 렌즈는 짧은 초점거리를 가지면서도 넓은 물체면을 대응할 수 있게 하여 광 포인팅 장치의 소형화 및 슬림화에 기여할 수 있다. 더불어, 물체면, 조명계 및 결상계를 일체형으로 하는 일체부를 구비함으로써 조립공정에서 복잡한 광학계 조정을 단순화하여 조립오차를 방지할 수 있고, 작업성과 양산성을 향상시킬 수 있다.When using the optical pointing device according to the present invention, by adjusting the angle of incidence in the light emitting unit or by being totally reflected from the object surface by using an illumination system, it is possible to prevent image distortion for the subject, when there is no subject on the object surface It is possible to prevent the user from dazzling phenomenon. In addition, the independent array lens provided in the imaging system can cope with a wide object surface while having a short focal length, thereby contributing to miniaturization and slimming of the optical pointing device. In addition, by providing an integral part that integrates the object surface, the illumination system and the imaging system, it is possible to simplify the complicated optical system adjustment in the assembly process, thereby preventing assembly errors, and improve workability and mass productivity.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.As the inventive concept allows for various changes and numerous embodiments, particular embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail in the text. However, this is not intended to limit the present invention to a specific disclosed form, it should be understood to include all modifications, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art. Terms such as those defined in the commonly used dictionaries should be construed as having meanings consistent with the meanings in the context of the related art, and are not construed in ideal or excessively formal meanings unless expressly defined in this application. Do not.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하 게 설명하고자 한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, it will be described in detail a preferred embodiment of the present invention.

도 4는 본 발명에 따른 광 포인팅 장치의 일 실시예의 예시도이다.4 is an exemplary view of an embodiment of an optical pointing device according to the present invention.

도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 광 포인팅 장치의 일 실시예는 피사체를 감지하기 위한 빛을 발산하는 발광소자(411)로 구성되는 발광부(410), 상기 피사체(440)와 접촉하며, 상기 발광부(410)에서 발산된 빛이 도달하여 상기 피사체(440)에서 반사되는 물체면(421)과 상기 피사체(440)에서 반사된 빛을 집속하여 전달하는 결상계(423)를 일체형으로 포함하여 구성되는 일체부(420) 및 상기 일체부의 결상계(423)를 통하여 전달되는 빛을 이용하여 이미지를 형성하기 위한 다수의 픽셀(431)로 구성되는 수광부(430)를 포함하여 구성될 수 있다.Referring to FIG. 4, an embodiment of the optical pointing device according to the present invention is in contact with the light emitting unit 410 and the subject 440 including a light emitting element 411 that emits light for detecting a subject. Integrally includes an object plane 421 that reaches the light emitted from the light emitting unit 410 and is reflected from the subject 440 and an imaging system 423 for focusing and transferring the light reflected from the subject 440. It may be configured to include a light receiving unit 430 consisting of a plurality of pixels 431 for forming an image by using the light transmitted through the integral part 420 and the image forming system 423 of the integral part. .

먼저, 발광부(410)는 피사체를 감지하기 위한 빛을 발산하는 발광소자(411)로 구성된다. 발광소자로는 chip LED와 같은 소자가 사용될 수 있다. 상기 발광부(410)는 상기 발광소자(411)에 의해 발광된 빛이 상기 물체면(421)에서 전반사될 수 있도록 임계각 이상의 입사각을 형성하도록 배치되는 것을 특징으로 할 수 있다. 임계각은 물체면의 굴절률 및 공기의 굴절률을 이용하여 계산할 수 있다. 또한, 발광부(410)는 발산된 빛의 손실을 방지하기 위한 광가이드(412)를 더 포함하여 구성될 수 있다.First, the light emitting unit 410 is composed of a light emitting element 411 for emitting light for detecting the subject. As the light emitting device, a device such as a chip LED may be used. The light emitting unit 410 may be arranged to form an incident angle of more than a critical angle so that the light emitted by the light emitting element 411 can be totally reflected at the object surface 421. The critical angle can be calculated using the refractive index of the object plane and the refractive index of air. In addition, the light emitter 410 may further include a light guide 412 to prevent the loss of the emitted light.

다음으로, 일체부(420)는 피사체와 접촉하는 물체면(421)과 피사체에서 반사된 빛을 수광부(430)로 전달하는 결상계(423)를 포함하여 구성될 수 있다. 일체부(420)는 물체면(421)과 결상계(423)를 일체형으로 구비하여 구성되므로, 조립 오 차 등을 방지하는 효과를 얻을 수 있다.Next, the unit 420 may be configured to include an object surface 421 in contact with the subject and an imaging system 423 for transmitting the light reflected from the subject to the light receiver 430. Since the integral part 420 is configured to be integrally provided with the object surface 421 and the imaging system 423, it is possible to obtain an effect of preventing assembly errors.

물체면(421)은 피사체와 접촉하는 부분으로서, 발광부(410)에서 발산된 빛이 도달하는 부분에 해당되고, 피사체(440)의 물체면(421)에 접촉한 부분에서 반사 현상이 일어나는 부분에 해당되며, 피사체(440)의 물체면에 접촉하지 아니한 부분에서는 전반사 현상이 나타나는 부분이 될 수 있다.The object surface 421 is a part in contact with the subject, and corresponds to a part where light emitted from the light emitter 410 reaches, and a part in which a reflection phenomenon occurs in a part in contact with the object surface 421 of the subject 440. In this case, the total reflection phenomenon may be a portion where the object 440 does not contact the object surface.

결상계(423)는 독립 어레이 렌즈로 구성되며, 피사체(440)의 물체면(421)에 접촉한 부분에서 반사된 빛을 수광부(430)로 전달하는 역할을 할 수 있다. 독립 어레이 렌즈는 수광부(430)의 픽셀에 일대일 대응되도록 정렬되어야 하는 마이크로 어레이 렌즈와는 달이 다수의 픽셀에 대응되도록 정렬될 수 있는 특징이 있다. 독립 어레이 렌즈는 물체면의 이미지를 전달할 수 있는 크기에 따라 n×m 매트릭스 구조로 형성될 수 있다.The imaging system 423 may be configured as an independent array lens, and may serve to transmit the light reflected from the portion in contact with the object surface 421 of the subject 440 to the light receiver 430. The independent array lens may be aligned with the microarray lens to be aligned with the pixels of the light receiver 430 so that the moon corresponds to the plurality of pixels. The independent array lens may be formed in an n × m matrix structure according to the size capable of transferring an image of the object plane.

독립 어레이 렌즈는 미소 전자 기계 시스템(MEMS: micro electro mechanical systems) 공정에 의하여 제작될 수 있으며, 하이브리드 회절 렌즈(hybrid diffraction lens), 프레넬 렌즈(fresnel lens), 멀티 레벨 렌즈(multi level lens), 구면 렌즈 및 비구면 렌즈 중 어느 하나에 해당될 수 있다. 특히, 독립 어레이 렌즈는 짧은 초점거리를 가져야 하므로 프레넬 렌즈 및 멀티 레벨 렌즈와 같은 평면렌즈로 구성됨이 바람직하다.Independent array lenses can be fabricated by micro electro mechanical systems (MEMS) processes, including hybrid diffraction lenses, fresnel lenses, multi level lenses, It may correspond to either a spherical lens or an aspherical lens. In particular, since the independent array lens should have a short focal length, it is preferable that the independent array lens is composed of planar lenses such as Fresnel lens and multi-level lens.

다음으로, 수광부(430)는 일체부의 결상계(423)를 통하여 피사체에서 반사된 빛을 전달받고, 전달된 빛을 이용하여 이미지를 형성하는 다수의 픽셀(431)로 구성될 수 있다. 더불어, 수광부(430)는 노이즈로 작용하는 여러 가지 원인의 빛을 차 단하기 위한 조리개(432)를 더 포함하여 구성될 수 있다.Next, the light receiving unit 430 may receive a light reflected from the subject through the imaging system 423 of the integral part, and may include a plurality of pixels 431 that form an image using the transmitted light. In addition, the light receiving unit 430 may further include an aperture 432 for blocking light of various causes acting as noise.

예를 들면, 발광부(410)의 발광소자(411)에서 빛을 발산한다. 발산된 빛은 광가이드(412)를 포함하여 효율을 높일 수 있다. 더불어 발광부(410)는 발산된 빛이 물체면(421)에 도달했을 경우에 전반사 현상을 위한 임계각이상의 입사각을 갖도록 배치를 조절할 수 있다.For example, the light emitting element 411 of the light emitting unit 410 emits light. The emitted light may include an optical guide 412 to increase efficiency. In addition, when the emitted light reaches the object surface 421, the light emitter 410 may adjust the arrangement to have an incident angle of more than a critical angle for the total reflection phenomenon.

발산된 빛은 물체면(421)에서 피사체(440)의 이미지를 구성할 수 있도록 반사되거나 전반사되어 수광부(430)에 도달하지 못한다. 피사체(440)에서 반사된 빛은 결상계(423)로 진행하며, 결상계(423)의 독립 어레이 렌즈에 의하여 집광되고, 다시 수광부(430)를 구성하는 다수의 픽셀(431)에 대응되어 전달된다.The emitted light may be reflected or totally reflected on the object surface 421 so as to form an image of the subject 440 and thus may not reach the light receiver 430. The light reflected from the subject 440 proceeds to the imaging system 423, is collected by an independent array lens of the imaging system 423, and is transmitted to correspond to the plurality of pixels 431 constituting the light receiving unit 430. do.

수광부(430)의 픽셀(431)에 도달된 피사체에서 반사된 빛을 이용하여 피사체의 이미지를 형성하게 된다. 이때, 이미지에 노이즈로 작용할 수 있는 다양한 빛을 차단하기 위하여 조리개(432)가 사용될 수 있다.An image of the subject is formed by using light reflected from the subject reaching the pixel 431 of the light receiver 430. In this case, the aperture 432 may be used to block various lights that may act as noise in the image.

도 5는 도 3의 B부분에 대한 설명을 위한 확대도이다.FIG. 5 is an enlarged view for explaining a portion B of FIG. 3.

도 5를 참조하면, 물체면(530)에서 피사체(540)와 접촉되는 부분(510)에서는 입사된 빛(511)이 피사체(540)에 의하여 반사되어(512) 결상계(미도시)로 진행하며, 물체부(530)에서 피사체(540)와 접촉되지 아니한 부분(520)에서는 입사된 빛(521)이 물체면(530)의 표면에서 전반사 되어(522) 피사체(540)에 도달하지 못한다.Referring to FIG. 5, in a portion 510 of the object surface 530 that contacts the subject 540, the incident light 511 is reflected by the subject 540 (512) and proceeds to an image forming system (not shown). In the portion 520 of the object portion 530 that is not in contact with the subject 540, the incident light 521 is totally reflected at the surface of the object surface 530 to reach the subject 540.

이 경우에 입사된 빛(521)이 전반사 될 수 있도록 임계각 이상의 입사각을 가질 수 있도록 발광부를 배치해야 하며, 이 경우에 임계각은 물체면(530)과 결상 계(미도시)를 포함하는 일체부의 재질에 따른 굴절률과 공기의 굴절률과의 관계에 따라서 결정될 것이다.In this case, the light emitting part should be disposed to have an incident angle of more than a critical angle so that the incident light 521 can be totally reflected. In this case, the critical angle is a material of an integral part including an object surface 530 and an imaging system (not shown). It will be determined according to the relation between the refractive index and the refractive index of air.

피사체와 접촉되지 않은 부분(520)에서의 전반사 현상은 입사된 빛이 피사체가 없을 경우에 사용자에게 전달되어 눈부심 현상을 일으킬 가능성을 배제할 수 있으며, 전반사 현상에 의해 결상계를 통하여 수광부로 진행하지 못하므로 이미지의 형성 효율도 향상될 수 있다.The total reflection phenomenon at the portion 520 that is not in contact with the subject may exclude the possibility that the incident light is transmitted to the user when there is no subject and cause glare, and does not proceed to the light receiving unit through the imaging system by the total reflection phenomenon. As a result, the formation efficiency of the image may be improved.

도 6은 본 발명에 따른 광 포인팅 장치의 다른 실시예의 예시도이다.6 is an exemplary view of another embodiment of an optical pointing device according to the present invention.

도 6을 참조하면, 본 발명에 따른 광 포인팅 장치의 다른 실시예는 피사체를 감지하기 위한 빛을 발산하는 발광소자(611)로 구성되는 발광부(610), 상기 피사체(640)와 접촉하며, 상기 발광부에서 발산된 빛이 도달하여 상기 피사체에서 반사되는 물체면(621), 상기 발광부에서 발산된 빛이 상기 물체면에서 전반사될 수 있는 입사각을 형성하도록 구성되는 조명계(622) 및 상기 피사체에서 반사된 빛을 집속하여 전달하는 결상계(623)를 일체형으로 포함하여 구성되는 일체부(620) 및 상기 일체부의 결상계(623)를 통하여 전달되는 빛을 이용하여 이미지를 형성하기 위한 다수의 픽셀(631)로 구성되는 수광부(630)를 포함하여 구성될 수 있다.Referring to FIG. 6, another embodiment of the optical pointing device according to the present invention is in contact with the light emitting unit 610 and the subject 640, which include a light emitting element 611 that emits light for detecting a subject. The illumination system 622 and the subject configured to form an object plane 621 that reaches the light emitted from the light emitter and is reflected from the subject, and forms an incident angle at which the light emitted from the light emitter is totally reflected at the object plane. A plurality of parts for forming an image by using an integral part 620 comprising an image forming system 623 for focusing and transmitting the reflected light from the light and the light transmitted through the image forming system 623 of the integral part. The light receiver 630 may be configured to include the pixel 631.

먼저, 발광부(610)는 상술한 바와 같이 피사체를 감지하기 위한 빛을 발산하는 발광소자(611)로 구성된다. 발광소자로는 chip LED와 같은 소자가 사용될 수 있다. 또한, 발광부(610)는 발산된 빛의 손실을 방지하기 위한 광가이드(612)를 더 포함하여 구성될 수 있다.First, the light emitting unit 610 is composed of a light emitting element 611 that emits light for sensing the subject as described above. As the light emitting device, a device such as a chip LED may be used. In addition, the light emitter 610 may further include a light guide 612 to prevent the loss of the emitted light.

다음으로, 일체부(620)는 피사체(640)와 접촉하며, 상기 발광부(610)에서 발 산된 빛이 도달하여 상기 피사체에서 반사되는 물체면(621), 상기 발광부에서 발산된 빛이 상기 물체면에서 전반사될 수 있는 입사각을 형성하도록 구성되는 조명계(622) 및 상기 피사체에서 반사된 빛을 집속하여 전달하는 결상계(623)를 일체형으로 포함하여 구성될 수 있다.Next, the unit 620 is in contact with the subject 640, and the light emitted from the light emitter 610 reaches the object surface 621 reflected from the subject, and the light emitted from the light emitter is It may be configured to include an illumination system 622 configured to form an incident angle that can be totally reflected on the object surface and an imaging system 623 for focusing and transferring the light reflected from the subject.

물체면(621)은 상술한 바와 같이 피사체와 접촉할 수 있는 부분에 해당되고, 발광부(610)에서 발산된 빛이 피사체(640)의 물체면(621)에 접촉한 부분에서 반사 현상 또는 피사체(640)의 물체면(621)에 접촉하지 아니한 부분에서는 전반사 현상이 나타나는 부분이 될 수 있다.As described above, the object surface 621 corresponds to a portion that may be in contact with the subject, and a reflection phenomenon or a subject is generated at a portion where light emitted from the light emitter 610 contacts the object surface 621 of the subject 640. In the portion not contacted with the object surface 621 of 640 may be a portion where the total reflection phenomenon appears.

조명계(622)는 상기 발광부(610)에서 발산된 빛이 상기 물체면(621)에서 전반사될 수 있도록 임계각 이상의 입사각을 형성하도록 구성될 수 있다. 바람직하게는 반사 굴절면을 가질 수 있다. 특히, 조명계(622)는 일체부(620)의 일 구성요소로서 작용하며, 광 포인팅 장치의 최소화 및 슬림화를 가능하도록 하면서도 발광부(610)에서 발산된 빛이 물체면(621)에서 임계각 이상의 입사각을 형성할 수 있도록 할 수 있다. 또한 일체부(620)로 구성되므로 조립오차를 최소화하는 효과를 수반할 수 있다.The illumination system 622 may be configured to form an angle of incidence greater than or equal to a critical angle so that the light emitted from the light emitter 610 may be totally reflected at the object surface 621. It may preferably have a reflective refractive surface. In particular, the illumination system 622 acts as a component of the integral part 620, and the light emitted from the light emitting part 610 is incident on the object surface 621 at a light incident angle 621 while minimizing and slimming the optical pointing device. Can be formed. In addition, since the integral portion 620 may be accompanied with the effect of minimizing the assembly error.

조명계(622)의 반사 굴절면은 반도체 공정을 이용하여 형성될 수 있으며, 상기 반도체 공정은 격자면을 갖는 실리콘을 격자면 에칭(etching)하는 과정과 쉐도잉(shadowing) 효과를 이용한 알루미늄 증착하는 과정을 포함할 수 있다. 하지만, 조명계(622)의 반사 굴절면은 반도체 공정 뿐만 아니라 기계 가공으로도 쉽게 얻어질 수 있는 구조를 가지고 있다.The reflective refraction surface of the illumination system 622 may be formed using a semiconductor process, and the semiconductor process may be performed by lattice etching of silicon having a lattice plane and depositing aluminum using a shadowing effect. It may include. However, the reflective refractive surface of the illumination system 622 has a structure that can be easily obtained not only in the semiconductor process but also in machining.

결상계(623)는 상술한 바와 같이 독립 어레이 렌즈로 구성되며, 피사체(640)의 물체면(621)에 접촉한 부분에서 반사된 빛을 수광부(630)로 전달하는 역할을 할 수 있다. 독립 어레이 렌즈는 물체면의 이미지를 전달할 수 있는 크기에 따라 n×m 매트릭스 구조로 형성될 수 있다. 특히, 독립 어레이 렌즈는 짧은 초점거리를 가져야 하므로 프레넬 렌즈 및 멀티 레벨 렌즈와 같은 평면렌즈로 구성됨이 바람직하다.The imaging system 623 is configured as an independent array lens as described above, and may serve to transmit the light reflected from the portion in contact with the object surface 621 of the subject 640 to the light receiving unit 630. The independent array lens may be formed in an n × m matrix structure according to the size capable of transferring an image of the object plane. In particular, since the independent array lens should have a short focal length, it is preferable that the independent array lens is composed of planar lenses such as Fresnel lens and multi-level lens.

다음으로, 수광부(630)는 상술한 바와 같이 일체부의 결상계(623)를 통하여 전달된 빛을 이용하여 이미지를 형성하는 다수의 픽셀(631)로 구성될 수 있으며, 노이즈로 작용하는 여러 가지 원인의 빛을 차단하기 위한 조리개(632)를 더 포함하여 구성될 수 있다.Next, the light receiving unit 630 may be composed of a plurality of pixels 631 to form an image by using the light transmitted through the imaging system 623 of the integral portion, as described above, various causes acting as noise It may be configured to further include an aperture 632 for blocking the light.

예를 들면, 발광부(610)의 발광소자(611)에서 빛을 발산한다. 발산된 빛은 광가이드(622)를 이용하여 높은 효율을 가질 수 있다. 광가이드(622)를 통과하여 진행한 빛은 일체부의 조명계(622)에 도달한다. 조명계(622)의 반사 굴절면에서 반사되는 과정을 통하여 발산된 빛은 물체면(621)에 도달하며, 이 경우에 전반사 현상을 위한 임계각 이상의 입사각을 갖도록 반사 굴절면을 형성할 수 있다.For example, the light emitting element 611 of the light emitting unit 610 emits light. The emitted light may have high efficiency using the light guide 622. The light that passes through the light guide 622 reaches the illumination system 622 of the integral part. The light emitted through the reflective reflection surface of the illumination system 622 reaches the object surface 621, and in this case, the reflective refractive surface may be formed to have an incident angle greater than or equal to a critical angle for the total reflection phenomenon.

물체면(621)에 도달한 발산된 빛은 물체면(621)에서 피사체(640)의 이미지를 구성할 수 있도록 반사되어 결상계(623)를 통하여 수광부(630)로 진행하거나 또는 전반사되어 수광부(630)에 도달하지 못한다. 수광부(630)로 진행한 반사된 빛은 수광부(630)를 구성하는 다수의 픽셀(631)에 대응되어 전달된다.The emitted light that reaches the object plane 621 is reflected to form an image of the subject 640 on the object plane 621, and proceeds to the light receiver 630 through the imaging system 623 or is totally reflected to the light receiver. 630). The reflected light that has traveled to the light receiver 630 is transmitted to correspond to the plurality of pixels 631 constituting the light receiver 630.

수광부(630)의 픽셀(631)에 도달된 피사체에서 반사된 빛을 이용하여 피사체 의 이미지를 형성하게 된다. 이때, 이미지에 노이즈로 작용할 수 있는 다양한 빛을 차단하기 위하여 조리개(632)가 사용될 수 있다.An image of the subject is formed by using light reflected from the subject reaching the pixel 631 of the light receiver 630. In this case, the aperture 632 may be used to block various lights that may act as noise in the image.

도 7은 본 발명에 따른 광 포인팅 장치의 다른 실시예에서 조명계를 설명하기 위한 예시도이다.7 is an exemplary view for explaining an illumination system in another embodiment of the optical pointing device according to the present invention.

도 7을 참조하면, 반사 굴절면(701)은 실리콘을 격자면을 에칭(etching)하는 과정과 쉐도잉(shadowing) 효과를 이용한 알루미늄 증착하는 과정을 통하여 형성될 수 있다. 따라서, 발광부로부터 발산된 빛이 반사될 수 있으며, 이를 통하여 물체면(621)으로 진행할 수 있다. 또한 다른 면(702)에는 알루미늄 증착과정 등이 없으므로 반사되는 현상이 없이 발산된 빛이 진행하게 된다.Referring to FIG. 7, the reflective refractive surface 701 may be formed by etching silicon into a lattice plane and depositing aluminum using a shadowing effect. Therefore, the light emitted from the light emitting unit may be reflected, and thus may proceed to the object plane 621. In addition, since there is no aluminum deposition process on the other surface 702, the emitted light proceeds without being reflected.

예를 들면, 발산된 빛은 직진하다가 반사 굴절면(701)을 만나면서 입사각과 같은 반사각을 형성하며 반사되고, 반사된 방향으로 다시 직진하게 된다. 다만, 일체부(미도시)로 진입하는 과정에서 굴절률의 변화에 따라 방향에 차이를 가져올 수 있다. 결국, 다시 직진하여 진행하는 빛은 물체면(미도시)에 도달하게 되며, 이때의 입사각은 전반사 조건을 만족하는 임계각 이상의 각도를 형성하게 된다.For example, the emitted light travels straight and meets the reflective refracting surface 701 to form the same reflection angle as the incident angle, and is then reflected back to the reflected direction. However, in the process of entering into an integral part (not shown), the direction may be changed according to the change of the refractive index. As a result, the light traveling straight back reaches the object plane (not shown), and the incident angle forms an angle greater than or equal to a critical angle that satisfies the total reflection condition.

이상 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.Although described with reference to the above embodiments, those skilled in the art can understand that the present invention can be variously modified and changed without departing from the spirit and scope of the invention described in the claims below. There will be.

도 1은 한국공개특허 제10-2005-0002463호의 '손가락 표면을 이용한 소형 포인팅 장치'의 예시도이다.1 is an exemplary view of a 'small pointing device using the surface of the finger' of Korea Patent Publication No. 10-2005-0002463.

도 2는 한국공개특허 제10-2006-0034735호의 '마이크로 어레이 구조를 적용한 초슬림 광 조이스틱'의 예시도이다.2 is an exemplary view of the 'ultra-slim optical joystick applying the micro array structure' of Korean Patent Publication No. 10-2006-0034735.

도 3은 도 2의 A부분에 대한 설명을 위한 확대도이다.3 is an enlarged view illustrating a portion A of FIG. 2.

도 4는 본 발명에 따른 광 포인팅 장치의 일 실시예의 예시도이다.4 is an exemplary view of an embodiment of an optical pointing device according to the present invention.

도 5는 도 4의 B부분에 대한 설명을 위한 확대도이다.FIG. 5 is an enlarged view for explaining a portion B of FIG. 4.

도 6은 본 발명에 따른 광 포인팅 장치의 다른 실시예의 예시도이다.6 is an exemplary view of another embodiment of an optical pointing device according to the present invention.

도 7은 본 발명에 따른 광 포인팅 장치의 다른 실시예에서 조명계를 설명하기 위한 예시도이다.7 is an exemplary view for explaining an illumination system in another embodiment of the optical pointing device according to the present invention.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>

610 : 발광부 611 : 발광소자610: light emitting unit 611: light emitting element

612 : 광가이드 620 : 일체부612: light guide 620: integral part

621 : 물체면 622 : 조명계621: object plane 622: illumination system

623 : 결상계 630 : 수광부623: imaging system 630: light receiving unit

631 : 픽셀 632 : 조리개631 pixel 632: aperture

640 : 피사체640: subject

Claims (11)

피사체를 감지하기 위한 빛을 발산하는 발광소자로 구성되는 발광부;A light emitting unit configured of a light emitting device that emits light for detecting a subject; 상기 피사체와 접촉하며, 상기 발광부에서 발산된 빛이 도달하여 상기 피사체에서 반사되는 물체면;An object surface in contact with the subject and reflected by the subject by the light emitted from the light emitter; 상기 피사체에서 반사된 빛을 집속하여 전달하는 결상계; 및An imaging system for focusing and transferring the light reflected from the subject; And 상기 결상계를 통하여 전달되는 빛을 이용하여 이미지를 형성하기 위한 다수의 픽셀로 구성되는 수광부를 포함하며,It includes a light receiving unit consisting of a plurality of pixels for forming an image by using the light transmitted through the imaging system, 상기 물체면에 상기 피사체가 접촉하지 않은 경우, 상기 발광부는 발광된 빛이 상기 물체면에서 전반사될 수 있는 입사각을 형성하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 광 포인팅 장치.And the light emitter is disposed to form an incident angle at which the emitted light is totally reflected at the object surface when the subject is not in contact with the object surface. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 물체면과 상기 결상계는 일체형으로 구성되는 일체부인 것을 특징으로 하는 광 포인팅 장치.And the object plane and the imaging system are integral parts that are integrally formed. 삭제delete 제2항에 있어서,The method of claim 2, 상기 일체부는 상기 발광부에서 발산된 빛이 상기 물체면에서 전반사될 수 있는 입사각을 형성하도록 구성되는 조명계를 일체형으로 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 광 포인팅 장치.And the integral part further comprises an illumination system integrally configured to form an incident angle at which light emitted from the light emitter is totally reflected at the object plane. 삭제delete 삭제delete 피사체를 감지하기 위한 빛을 발산하는 발광소자로 구성되는 발광부;A light emitting unit configured of a light emitting device that emits light for detecting a subject; 상기 피사체와 접촉하며, 상기 발광부에서 발산된 빛이 도달하여 상기 피사체에서 반사되는 물체면;An object surface in contact with the subject and reflected by the subject by the light emitted from the light emitter; 상기 발광부에서 발산된 빛이 상기 물체면에 도달되도록 상기 발광부와 상기 물체면 사이에 형성되는 조명계;An illumination system formed between the light emitting part and the object plane such that light emitted from the light emitting part reaches the object plane; 상기 피사체에서 반사된 빛을 집속하여 전달하는 결상계; 및An imaging system for focusing and transferring the light reflected from the subject; And 상기 결상계를 통하여 전달되는 빛을 이용하여 이미지를 형성하기 위한 다수의 픽셀로 구성되는 수광부를 포함하며, It includes a light receiving unit consisting of a plurality of pixels for forming an image by using the light transmitted through the imaging system, 상기 조명계는 상기 발광부로 부터 전달받은 빛을 반사하는 반사면;과 상기 발광부로부터 전달받은 빛 또는 상기 반사면으로부터 전달받은 빛을 굴절시켜 상기 물체면으로 전달하는 굴절면;을 포함하는 반사 굴절면으로 구성되고, 상기 물체면에 상기 피사체가 접촉하지 않은 경우, 상기 조명계는 상기 물체면에 전달되는 빛이 상기 물체면에서 전반사될 수 있는 입사각을 형성하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 광 포인팅 장치.The illumination system includes a reflective surface that reflects the light received from the light emitting unit; and a reflective surface that refracts the light transmitted from the light emitting unit or the light transmitted from the reflective surface and transmits the light to the object surface. And when the subject is not in contact with the object plane, the illumination system is configured to form an incident angle at which light transmitted to the object plane is totally reflected at the object plane. 삭제delete 제7항에 있어서,The method of claim 7, wherein 상기 조명계 및 상기 물체면은 일체형으로 구성되는 일체부인 것을 특징으로 하는 광 포인팅 장치.And the illumination system and the object surface are integral parts that are integrally formed. 제9항에 있어서,10. The method of claim 9, 상기 일체부는 상기 결상계를 일체형으로 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 광 포인팅 장치.The integral part further comprises the imaging system integrally configured to the optical pointing device. 삭제delete
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