KR101024573B1 - 프레넬 렌즈를 구비한 초소형 광학입력장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 광학 포인터 장치를 포함하는 광학 장치에 관한 것으로, 빛을 방사하기 위한 광원 및 빛을 수신하기 위한 수광소자를 포함하는 회로기판; 상기 회로 기판 상부에서 상기 수광소자를 덮도록 형성된 센서커버구조물, 상기 센서커버구조물의 상부에 형성되어, 상기 광원에서 방사된 빛을 상부에 위치한 대물면으로 집광하는 집광렌즈부, 및 대물면에서 반사된 빛을 다시 수광소자에 결상하기 위한 결상렌즈부를 포함하는 렌즈구조물, 상기 센서커버구조물 및 렌즈구조물을 회로기판과의 사이에 두고 보호하도록 상기 회로 기판에 결합되는 모듈커버구조물을 포함하며, 집광렌즈부는 프레넬 렌즈로 형성되는 것을 구성적 특징으로 한다.

Description

프레넬 렌즈를 구비한 초소형 광학입력장치{MICRO OPTIC INPUT DEVICE HAVING A FRENSNEL LENS}

본 발명은 광학 장치에 관한 것으로, 구체적으로는 이동 통신 장치 또는 모바일 기기 등과 같은 소형 기기에 입력 장치로서 사용될 수 있는 포인팅 장치와 같은 초소형 광학입력장치에 관한 것이다.

최근 들어, 전자 산업의 급격한 발달로 인해 통신 단말기를 포함한 각종 휴대장치가 급속도로 일반화되고 있는 추세이다. 이런 멀티미디어 시대에 맞추어 사용자가 평소 휴대하고 다니는 휴대장치에는 디지털 카메라 기능, DMB 방송 프로그램을 수신하여 이를 출력할 수 있는 기능, 인터넷에 연결되어 인터넷 정보를 다운받을 수 있는 웹브라우저 기능, 및 동영상이나 MP3 등을 재생할 수 있는 기능이 부가된 복합형 휴대장치가 개발되었다. 또한, 이러한 추세에 맞추어, 전술한 다양한 부가 기능들이 모두 수용하면서도 최대한 소형화를 이루도록 하는 것이 기술 개발의 관건으로 되고 있다.

또한, 이런 소형화 추세에 더하여, 사용자의 편리성을 도모하기 위해, 최근에는 휴대 장치에서는 키배열을 통한 포인팅이 아닌 독립적인 포인팅 장치들을 구비하여 출시되고 있다.

도 1은 종래의 광학장치를 나타내는 단면도이다. 종래의 광학장치는 볼록렌즈 형태의 발광표면을 가지는 LED(100)에서 방사된 빛이 광학적 투명체로 제작된 렌즈 및 반사면 일체형 광학구조물(110)의 오른쪽으로 유입되어 두 번의 반사를 거쳐 물체의 표면(120)에 반사된 후 결상렌즈를 거쳐 센서로 유입되는 구성이다.

종래의 광학장치에 따르면 볼록렌즈 형태를 띠는 LED 표면에서 빛이 방사됨으로써 방사패턴이 균일한 광원을 확보할 수 있고, 반사면을 단순히 광로만 계산하여 설계하여도 무방하다. 또한, 초점심도가 큰 결상렌즈를 확보할 수 있다.

그러나, 이러한 종래의 광학장치는 박형의 초소형 광학장치를 위한 광학구조로는 적합하지 않은 것이며, 이러한 광학구조를 그대로 초소형으로 만들 경우 광효율이 심각하게 떨어져 광학장치가 제대로 동작할 수 없게 되는 문제점이 있다.

도 2는 종래기술의 다른 예로서, 한국공개특허 제2004-89907호의 광학구조를 나타내는 단면도이다. 여기서는 LED 대신 LED칩을 COB로 부착하기 때문에 광원에서 방사된 빛을 집속하기 위한 제1렌즈면(200)를 구비해야 하며, 물체표면으로 광로를 변화시키기 위한 반사면(210)을 포함한다. 따라서, 이러한 광학구조는 전체적으로 마우스의 크기를 줄이기 위해 동일한 평면에 센서(220)와 LED(230)를 COB로 부착하여 광학구조의 높이를 낮출 수 있다.

그러나, 광학장치를 박형화하기 위해 PCB상에 COB 또는 SMT가 가능한 박형 LED를 광원으로 사용하면 박형 구조의 구현은 가능하게 되나, 이러한 광원의 방사특성은 빛이 여러 방향으로 퍼지는 람베르시안(Lambertian) 형태의 방사특성을 가지므로 단순한 볼록렌즈, 평면 형태의 반사면, 그리고 출사면은 저품위 조명을 제공하게 된다. 즉, 이미지센서에서 획득되는 영상품질을 저하시키고, 센서 성능의 저하를 초래한다.

따라서, 박형 LED의 발산형태 광을 사용하기 위해서는 이미지 획득에 필요한 지역에 균일하게 조명할 수 있도록 하는 광 가이드 기능을 갖는 광학구조물이 최적화되어야 소정의 효과를 얻을 수 있다. 또한 휴대정보기기에 사용하기 위해서는 저전력 고효율 구현이 필요하므로 광 가이드 기능을 갖는 광학구조물은 광가이드 기능과 함께 집광기능을 가지고 있어 광효율을 개선하는 것이 바람직하다.

또한, 도 2의 광학구조에서와 같이 종래의 광학구조는 광경로상에 유효하지 않은 빛의 성분이 모두 잡음으로 영향을 미치게 되므로, 광원에서 방사된 빛이 광학적 투명체인 광학구조물의 몸체 내에서 산란되어 제2렌즈면(240)에 유입되는 것을차단할 수 없다. 또한, 조리개의 예시가 없어 광원에서 방사된 빛이 직접 센서에 영향을 미치는 것도 방지할 수 없는 단점이 있다. 광원으로부터의 빛이 직접적으로 결상렌즈에 흘러든다면, 이 빛은 대물면에 반사되어 결상렌즈에 유입되는 빛에 비하여 큰 광량을 가지기 때문에 센서의 신호대 잡음비를 매우 저하시키므로 센서의 정상동작이 불가능하게 된다.

이는 소형 박형의 광학 방식 센서를 구현하기 위해 광원과 센서, 그리고 조명 대상물이 매우 접근하여 위치하게 되기 때문이다. 즉, 밝은 광원과 감도가 높은 센서를 매우 근접하게 설치하므로 잡광이 일부만 유입되어도 센서의 성능을 크게 저하시키거나 정상 동작을 불가능하게 한다. 따라서 밝은 광원과 감도가 높은 센서를 광학적, 전기적으로 분리하는 구조가 매우 중요한 것이다.

광학 조명의 경우 대물면에서의 조도는 대물면의 각 지점에서 광원까지 광학 거리 제곱에 역비례하는 조도를 제공하게 된다. 따라서 광원과 센서, 그리고 조명 대상물이 매우 접근하여 위치하게 되면서 조명이 필요한 지역 내부에서 각 지점으로부터 광원까지 거리 차이를 무시할 수 없게 된다. 예를 들어, 소형 박형의 광학시스템에서는 광원에서 가까운 쪽이 밝고 광원에서 먼 쪽이 어두워지는 문제가 발생하므로 조명균일도 품위가 떨어지며, 이는 센서의 성능 저하를 초래하게 된다.

이런 문제점에 기반해서, 도 3에 도시한 바와 같은 광학 장치가 공지되어 있는데, 광원(300)에서 방사된 빛의 이동로를 위한 렌즈(320), 이동을 감지할 물체가 위치하는 대물면, 렌즈구조물을 보호하고 외부의 산란광을 차폐하기 위한 렌즈 보호구조물, 대물면에 위치하는 물체에 반사된 빛을 감지하는 센서(310) 및 PCB로 이루어진다. 여기서 렌즈(320)는 광원(100)에서 방사된 빛을 집광하여 대물면 위의 물체에 빛을 조사하도록 기능한다.

그러나, 이런 구조의 광학 장치는 LED 등의 광원(100)에서 방사된 빛이 조명 광학부를 통해 집광되어 대물면까지 전달하기 위해 구면 또는 비구면의 구형 렌즈를 사용하는데, 이 경우 렌즈의 두께(T)가 두껍게 되어 광학 장치 자체의 두께가 두꺼워져 더 이상의 소형화가 곤란하며, 따라서 이를 채용한 휴대 장치의 두께 역시 두꺼워지는 문제점이 있었다.

본 발명은 전술한 문제점에 기반한 것으로, 광학 포인팅 장치를 포함한 광학 장치를 소형화하면서 광학적인 특성이 우수한 광학 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

전술한 과제를 달성하기 위해, 본 발명의 실시예에 따른 초소형 광학 입력 장치는 빛을 방사하기 위한 광원 및 빛을 수신하기 위한 수광소자를 포함하는 회로기판; 상기 회로 기판 상부에서 상기 수광소자를 덮도록 형성된 센서커버구조물, 상기 센서커버구조물의 상부에 형성되어, 상기 광원에서 방사된 빛을 상부에 위치한 대물면으로 집광하는 집광렌즈부, 및 대물면에서 반사된 빛을 다시 수광소자에 결상하기 위한 결상렌즈부를 포함하는 렌즈구조물, 상기 센서커버구조물 및 렌즈구조물을 회로기판과의 사이에 두고 보호하도록 상기 회로 기판에 결합되는 모듈커버구조물을 포함하고, 상기 집광렌즈부는 프레넬 렌즈로 형성되는 것을 구성적 특징으로 한다.

렌즈구조물에 형성된 프레넬 렌즈부와 상기 결상렌즈부는 일체로 형성되며, 상기 프레넬 렌즈부는 상기 광원으로부터의 광을 상기 모듈커버구조물 상의 대물면으로 전반사하도록 배치되며, 구체적으로 본 발명의 실시예에서 프레넬 렌즈부는 상기 결상렌즈부로부터 하방으로 경사진 연결부를 통해 상기 결상렌즈부 보다 하측에 형성된다.

또한, 센서커버구조물에는 상기 경사진 연결부의 경사 각도에 대응하여 형성된 경사면을 더 포함하여 센서커버구조물과 렌즈구조물의 프레넬 렌즈부의 결합을 보다 강건히 할 수 있다.

또한, 결상렌즈부의 상부에는 모듈커버구조물로부터 들어오는 산란광 또는 확산광의 영향을 제거하기 위해 광차단부가 더 형성되며, 이 때, 광차단부는 제1 광차단부와, 상기 제1 광차단부보다 큰 직경을 가진 제2 광차단부를 포함할 수 있으며, 렌즈구조물의 결상렌즈부에는 상기 제1 광차단부(441)와 제2 광차단부(442)가 완전히 끼워 맞춤되도록 상기 제1 광차단부와 상기 제2 광차단부의 직경에 대응하여 단차들이 형성되고, 제1 광차단부와 제2 광차단부가 렌즈구조물에 형성된 단차부들에 각각 끼워 맞춤되어 조립되었을 때, 상기 제2 광차단부의 상측면이 상기 렌즈구조물의 상측면과 동일한 높이 레벨이 되도록 형성되는 것이 바람직하다.

이상과 같은 본 발명에 따르면, 집광렌즈부를 프레넬 렌즈로 구현함으로써 종래의 집광렌즈부에 의해 차지되던 높이 공간을 감소할 수 있어, 광학입력장치의 소형화에 기여할 수 있다.

도 1은 종래의 광학장치를 나타내는 단면도.
도 2는 다른 종래의 광학장치를 나타내는 단면도.
도 3은 또 다른 종래의 광학 장치를 나타내는 단면도.
도 4는 본 발명에 따른 광학 장치를 도시한 분해 사시도.
도 5a 및 도 5b는 각각 광원이 하나일 때와 광원이 두개일 때의 수광 소자에 결상되는 지문의 예를 도시한 설명도.
도 6은 회로 기판 상부에서 상기 수광소자를 덮도록 형성된 센서커버구조물을 개략적으로 도시한 도면.
도 7은 센서커버 구조물의 상부에 재치되는 렌즈구조물과 광차단부를 개략적으로 도시한 도면.
도 8은 렌즈구조물을 개략적으로 도시한 측면 단면도.
도 9는 본 발명에 따른 광학 장치의 조립 완료된 상태를 도시한 도면.

본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원 시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 설명하도록 한다.

도 4는 본 발명에 따른 광학 포인팅 장치(400)의 실시예를 나타내는 분해 사시도이다. 도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 광학 포인팅 장치는, 대물면에서 물체에 의해 반사된 빛을 감지하기 위한 수광소자(411) 및 광원(412)이 구비된 PCB 기판(410), 상기 PCB 기판(410) 상측으로부터 수광소자(411)를 덮을 수 있도록 형성되어 상기 수광소자(411)를 보호하기 위한 센서커버구조물(420), 센서커버구조물(420)의 상부에 적층되고 광원(412)에서 방사된 빛을 그 상부에 위치한 대물면(451)에 모아주는 동시에 대물면(451)에서 반사된 빛을 다시 수광소자(411)에 집광하기 위한 렌즈구조물(430), 센서커버구조물(420) 및 렌즈구조물(430)을 PCB 기판(410)과의 사이에 두고 보호하도록 PCB 기판(410)에 결합되는 모듈커버구조물(450), 및 상기 대물면(451)으로부터 반사된 빛 이외에 외부로부터의 입사광을 차단하기 위한 광차단부(440)를 포함한다.

여기서, 광원(412)은 칩형태의 LED 광원으로서 복수개의 광원을 사용할 경우 각각의 광원은 광학 특성이 다른 물체에 대한 반사 특성을 고려하여 다른 색의 LED를 사용할 수도 있지만, 본 발명은 이에 한정되지 않고, LD(laser diode) 또는 IR 칩을 사용할 수 있다. 또한, 수광소자(411)는 와이어 본딩(wire bonding), 플립칩(flip chip) 등과 같은 공정을 통해 PCB 기판(410)에 부착될 수 있으며, 포토다이오드센서, CCD 이미지 센서 또는 CMOS 이미지 센서와 같은 이미징 센서가 사용될 수 있다.

또한, 본 발명의 광학 포인팅 장치(400)의 실시예에 있어서, 광원(412)은 기판(410)의 수광소자(411)의 일측면에 형성되는 것이 바람직하다. 도 5a 및 도 5b는 광원(412)을 수광소자(411)의 일측면에 형성한 경우와 양측면에 형성한 경우의 예를 설명하기 위한 도면이다. 도 5a에 도시한 바와 같이, 수광소자(411)의 일측면에 광원(412)을 설치한 경우, 광원(412)로부터 방출된 광은 대물면(451)의 상부에 접촉된 지문(a)을 향해 사광으로 입사하게 되고, 지문(a)의 골 모양의 그림자가 강하게 수광소자(411)로 입사된다. 이후, 수광소자(411)로 입사된 지문의 모양의 움직임에 대응하여 모니터 상의 포인팅 커서 등이 이동하게 된다.

그러나, 도 5a 및 도 5b에 도시한 바와 같이, 수광소자(411)의 양측면에 광원(412)을 설치한 경우, 광원(412)로부터 방출된 광은 대물면(451)의 상부에 접촉된 지문(a)을 향해 양측면으로부터 사광으로 입사되고 서로 상쇄되어버려, 최종적으로 수광소자(411)에 촬상된 지문의 골 모양이 도 5a의 경우에 비해 뚜렷하게 인식될 수 없다. 따라서, 본 발명의 최적의 실시예에서는 도 5a에 도시한 바와 같이 수광소자(411)의 일측면에 형성하는 것이 지문 모양을 추적하고, 비용을 절감할 수 있다는 측면에서 바람직하지만, 필요에 따라서는 기판의 수광소자(411)를 중심으로 하여 양측면에 대칭적으로 형성될 수도 있다.

다시 도 4를 참조하면, 센서커버구조물(420)은 기판에 설치된 수광소자(411)를 상측으로부터 보호하도록 그 하단이 개방된 사각 박스형상으로 이루어져 있으며, 하단의 주변부에는 PCB 기판에 형성된 결합공(413)에 끼워 결합되는 돌출부(424)가 하방을 향해 일체로 형성되어 있다.

또한 센서커버구조물(420)은 상측에 위치된 렌즈구조물(430)의 결상렌즈(432)로부터의 광을 제외한 외부로부터 산란광등이 유입되는 것을 방지하기 위해 불투명소재로 형성되는 것이 바람직하며, 그 상면에는 결상렌즈(432)로부터 유입되는 광을 수용하기 위한 개구부(423)가 형성되어 있다. 또한, 상기 센서커버구조물(420)의 상단의 적어도 한곳 이상에는 상부에 장착되는 렌즈구조물(430)과의 결합을 위한 제1 결합부(421)와 제2 결합부(423)가 더 형성되어져 있다.

도 6에 도시한 바와 같이, 센서커버구조물(420)의 제1 결합부(421)는 기다란 사각형상으로 형성되며, 그 상면이 외측을 향해 아래로 경사져서 형성된 제1 경사면(421a)을 가지고 형성되는데, 경사 각도는 센서커버구조물(420)의 상방에 형성되는 집광렌즈부(431)의 하방으로의 경사에 대응한다. 또한, 센서커버구조물(420)의 외주부중 적어도 일부분, 구체적으로는 집광렌즈부(431)와 맞닿는 외주부 역시 제2 경사면(425)이 형성되는데, 이 경사 각도 역시 집광렌즈부(431)의 경사에 대응한다.

이와 같이 센서커버구조물(420)의 제1 결합부(421)에 제1 경사면(421a)을 형성하고, 또한 그 경사면(421a)로부터 연장하여 센서커버구조물(420)의 외주면에도 제2 경사면(425)을 형성해둠으로써, 센서커버구조물(420)의 상측에 장착되는 렌즈구조물(430)의 집광렌즈부(431)가 하방으로 경사져서 됨으로써 집광렌즈부(431)의 위치가 최대한 하방으로 위치되어 광학 포인팅 장치 모듈의 전반적인 두께를 더 줄일 수 있다.

또한, 센서커버구조물(420)은 외측의 광원(423)으로부터 수광 소자(411)를 암실의 형태로 둘러싸 격리시키는데, 이때 암실효과를 더욱 향상시키기 위해 제1 결합부(421)는 광원(412)로부터 방사된 빛의 산란 또는 확산에 의해 수광소자(411)로 유입되어 들어오는 것을 방지하기 위한 차단막으로서의 기능도 겸하게 된다.

또한, 도 6에 도시한 바와 같이, 상측에 위치한 결상렌즈(432)로부터 결상된 광을 통과시켜 하측에 위치한 수광소자(411)에 광을 전달하도록 상기 센서커버구조물(420)에는 상측에 위치한 결상렌즈(432)와 하측에 위치한 수광소자(411)에 위치 정렬하여 개구부(423)가 형성되며, 개구부(423)의 하측에 위치된 수광소자(411)에 광을 고르게 전달하기 위해 개구부(423)의 단면 형상은, 상기 도 6의 하단에 별도로 도시한 바와 같이 상측으로 테이퍼진 형상을 가지는 것이 바람직하다. 그러나, 본 발명은 이에 한정되지 않고 단면 원통 형상을 가질수도 있다는 것은 자명하다.

또한 센서커버구조물(420)은 그 주변부 일측에 원통형상으로 돌출된 제2 결합부(422)를 더 포함하고, 이 제2 결합부는 상부에 조립되는 렌즈구조물(430)의 제2 결합홀(434)에 결합되어 센서커버구조물(420)과 렌즈구조물(430)의 체결력을 향상시킨다.

다음으로 도 7을 참조하여 렌즈구조물(430)에 대해 설명한다.

렌즈구조물(430)은 집광렌즈부(431) 및 결상렌즈부(432)를 포함하여 일체로 형성된다. 집광렌즈부(431)는, PCB 기판(410)과의 결합시 기판(410)에 형성된 광원(412)의 직상방에 위치되어 광원(412)으로부터의 광을 미리정해진 각도로 굴절하는데, 바람직하게는 대물면(451)의 일부분을 향해 굴절시키도록 기능한다. 이때 대물면(451)의 일부분은 인식하고자하는 지문이 접촉되는 위치이다.

보다 구체적으로, 도 8을 참조하면, 집광렌즈부(431)는 그 상면에 톱니 형상 또는 돌기 형상을 지닌 프레넬(Frensnel) 렌즈로 형성되어, 종래 집광렌즈부를 구면, 비구면의 구형, 실린더형 및 토로이달(torroidal) 형 중 어느 하나로 형성한 것에 비해 그 높이를 매우 줄일 수 있다.

또한 집광렌즈부(431)는, 도 8에 도시한 바와 같이, 상측을 향해 경사진 연결부(430a)를 통해 렌즈구조물(430)의 몸통(430b)에 연결됨에 따라, 실질적으로 집광렌즈부(431)의 높이 위치가 몸통이 위치한 높이 위치보다 하측에 위치되어, 집광렌즈부(431)가 하측에 위치한 LED 소자(412)에 보다 근접하게 배치되어 광의 추출 효율을 향상시킬 수 있다. 경사진 연결부(430a)의 경사 각도는 다양하게 변경될 수 있는데, 집광렌즈부(431)의 하부에 밀착되는 센서커버구조물(420)에 형성된 제1 경사면(421a) 및 제2 경사면(425)의 경사 각도에 대응하여 형성되는 것이 바람직하다.

렌즈구조물(430)은 집광렌즈부(431)와 결상렌즈부(432)가 하나의 프레이트 구조물에 일체형으로 이루어지는 것이 바람직하며, 집광렌즈부(431)와 결상렌즈부(432) 사이에는 하측에 위히된 센서커버구조물(420)의 제1 결합부(421)가 결합되는 제1 결합홀(433)이 형성된다. 또한, 렌즈구조물(430)의 일측에는 상기 센서커버구조물(420)의 제2 결합부(422)와 결합되도록 제2 결합홀(434)이 형성되어 있다.

또한 결상렌즈부(432)의 상부에는 대물면(451)으로부터 들어오는 산란광 또는 확산광의 영향을 제거하기 위해 광차단부(440)가 삽인된다. 광차단부(440)는 그 중앙에 제1 관통홀(441a)이 형성된 원형의 제1 광차단부(441)와, 상기 제1 광차단부(441)를 상측으로부터 완전히 덥도록 형성되고 상기 제1 관통홀(441a)과 대략 동일하거나 더 큰 직경을 가지는 제2 관통홀(442a)를 구비한 사각형상의 제2 광차단부(432)가 삽입된다.

제1 광차단부(441)의 제1 광통홀(441a)의 직경이 제2 광차단부(442)의 제2 관통홀(432)의 직경보다 작게 형성되는 경우, 그 하부에 배치되는 결상렌즈(432)에 의한 결상 광로와 유사한 경사 경로를 갖게됨에 따라 결상광외의 기타광의 차단을 향상시킬 수 있다.

제1 광차단부(441)와 제2 광차단부(442)를 렌즈구조물(430)에 밀착하여 형성하기 위해 상기 렌즈구조물(430)의 결상렌즈부(432)의 주변은 상기 제1 광차단부(441)와 제2 광차단부(442)가 완전히 끼워맞춤되도록 단차가 형성되어, 제1 광차단부(441)와 제2 광차단부(442)가 렌즈구조물(430)에 조립되었을 때, 상기 제2 광차단부(442)의 상측면이 상기 렌즈구조물(430)의 상측면과 동일한 레벨이 되도록 형성된다.

상기 실시예에서 프레넬 렌즈부(431)는 하방으로 경사진 연결부(430a)를 통해 결상렌즈(432)의 하방에 배치된 것으로 예시되었지만, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 상기 프레넬 렌즈부(431)는 상기 LED 광원(412)로부터의 광을 모듈커버구조물(450)의 대물면(451)으로 전반사하도록 배치되는 구성이라면 어느 곳이라도 배치가능하다.

다음으로 모듈커버구조물(450)에 대해 설명하도록 한다. 도 4에 도시한 바와 같이, 모듈커버구조물(450)은 적어도 상면(451) 또는 대물면(451)이 광이 투과되는 동시에 비교적 반사계수가 낮은 반투명 재질, 예를 들면 PC-IR 수지, PMMA, PC(Poly-Carbonate), 아세탈 및 광학유리 중 어느 하나가 바람직하다. 모듈커버구조물(450)의 상면을 이루는 대물면(451)은 외부 물체의 접촉, 본 발명의 광학 포인팅 장치에서는 인간의 손가락의 지문의 접촉에 의해 광원(412)으로부터의 빛이 수광소자(411)를 향해 반사될 수 있다. 또한, 모듈커버구조물은 방전가공 또는 샌드볼라스트와 같은 방법으로 표면을 거칠게 처리하여 산란광을 흡수하여 약화시키는 구조인 것이 바람직하다.

상기와 같이 구성되는 본 발명의 실시예에 따른 광학 포인팅 장치(400)는, 하부로부터 PCB 기판(410), 센서커버구조물(410), 렌즈구조물(430), 광차단부(440)가 순차적으로 적층되는 방식으로 상호 조립된 후에, 모듈커버구조물(450)이 씌워져 조립됨으로써 전체적으로 일체화된 광학 포인팅 장치를 구성하게 된다.

또한, 렌즈구조물(430)의 집광렌즈부(431)를 하측을 향해 경사지게 하는 동시에 톱니형상의 프레넬 렌즈로 형성함으로써 렌즈구조물(430)의 두께를 대폭으로 감소시킬 수 있어 최근 소형화되어가는 전자제품의 규격을 만족할 수 있다. 이와 함께 PCB 기판(410), 센서커버구조물(410), 렌즈구조물(430), 광차단부(440)가 모듈커버구조물(450) 내에서 일체로 조립됨으로써 내부 구조물을 용이하게 조립할 수 있고, 부품 조립 후에 발생할 수 있는 흔들림 등의 조립 오차를 최소화하여 전체적으로 안정적인 조립 구조를 확보할 수 있게 된다.

또한, 도 8에 도시한 바와 같이, 광원(142)으로부터의 광은 그 상부에 위치한 프레넬 렌즈 타입의 집광렌즈부(431)를 통해 소정의 각도로 굴절되어 대물면(451)의 소정 범위내로 입사된다. 이때, 센서커버구조물(420)에 형성된 제1 결합부는 소정각도 이내로 진입하는 광을 차단하여 수광소자의 안정적인 동작을 보장할 수 있다.

본 발명의 광학 포인팅 장치는 개방형 광학 센서에서 문제가 되는 조명 품질저하와 발광부의 빛이 직간접 경로로 결상계 및 센서에 유입되어 센서의 성능을 저하시키는 것을 방지하는 구조를 구현하였고, 또한 센서커버구조물, 렌즈구조물 및 모듈커버구조물이 일체형 구조로 형성됨으로써 낮은 경비로 생산할 수 있고, 집광렌즈 구조에 있어서 프레넬 렌즈를 채용함으로써 초박형의 광학 포인팅 장치를 구현할 수 있다.

본 발명은 이상에서 살펴본 바와 같이 바람직한 실시예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

Claims (7)

1. 빛을 방사하기 위한 광원 및 빛을 수신하기 위한 수광소자를 포함하는 회로기판;
   상기 회로 기판 상부에서 상기 수광소자를 덮도록 형성된 센서커버구조물,
   상기 센서커버구조물의 상부에 형성되어, 상기 광원에서 방사된 빛을 상부에 위치한 대물면으로 집광하는 집광렌즈부, 및 대물면에서 반사된 빛을 다시 수광소자에 결상하기 위한 결상렌즈부를 포함하는 렌즈구조물,
   상기 센서커버구조물 및 렌즈구조물을 회로기판과의 사이에 두고 보호하도록 상기 회로 기판에 결합되는 모듈커버구조물을 포함하고,
   상기 집광렌즈부는 프레넬 렌즈로 형성되고, 상기 프레넬 렌즈는 상기 결상 렌즈로부터 하방으로 경사져서 연장된 경사 연결부를 통해 결상 렌즈부 보다 하측에서 상기 광원의 근접하여 배치되고, 상기 프레넬 렌즈부가 상기 광원으로부터의 광을 상기 모듈 커버 구조물 상의 대물면으로 배향시키고,
   상기 센서커버구조물에는 상기 경사 연결부의 경사각도에 대응하여 상기 경사 연결부를 하부로부터 지지하기 위한 경사면이 형성된 결합부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 초소형 광학입력장치.
   
2. 삭제
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,
   상기 결상렌즈부의 상부에는 모듈커버구조물로부터 들어오는 산란광 또는 확산광의 영향을 제거하기 위해 광차단부가 더 형성되는 것을 특징으로 하는 초소형 광학입력장치.
   
5. 제4항에 있어서,
   상기 광차단부는 제1 광차단부와, 상기 제1 광차단부 상부에 실장되는 제2 광차단부를 포함하고,
   상기 제1 광차단부에는 제1 관통홀이 형성되고, 상기 제2 광차단부에는 제1 관통홀 보다 큰 직경을 가진 제2 관통홀이 형성되어, 상기 제1 관통홀과 제2 관통홀의 결합시, 상기 결상렌즈의 결상 광경로의 경사구간에 대응하도록 경사져서 형성되는 것을 특징으로 하는 초소형 광학입력장치.
   
6. 제5항에 있어서,
   상기 제1 광차단부와 제2 광차단부가 완전히 끼워맞춤되도록 상기 렌즈구조물의 결상렌즈부에는 상기 제1 광차단부와 상기 제2 광차단부의 직경에 대응하여 단차부들이 형성되고,
   상기 제1 광차단부와 제2 광차단부가 렌즈구조물에 형성된 단차부들에 각각 끼워맞춤되어에 조립되었을 때, 상기 제2 광차단부의 상측면이 상기 렌즈구조물의 상측면과 동일한 높이 레벨이 되도록 형성된 것을 특징으로 하는 초소형 광학입력장치.
7. 삭제

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