KR101092855B1 - 광 조이스틱 및 이를 갖는 휴대 단말기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 휴대 단말기에 설치되어 디스플레이 화면상에 커서를 생성하는 초 슬림 광 조이스틱 및 이를 갖는 휴대 단말기에 관한 것이다.

본 발명은, 광원; 상기 광원에서 출사된 빛의 조사각을 미리 설정된 각도대로 굴절하는 프리즘; 상기 프리즘을 통해 굴절된 빛에 의해 조명되는 하우징; 상기 프리즘과 일체형으로 구성되며, 빛을 결상하는 결상부재; 상기 결상부재를 내부에 수용하는 홀더; 그리고 상기 결상부재를 통해 결상된 빛을 수광받아 변위값으로 연산하는 수광센서;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

광 조이스틱, 프리즘, 볼록렌즈, 휴대 단말기

Description

광 조이스틱 및 이를 갖는 휴대 단말기{OPTICAL JOYSTICK AND PORTABLE DEVICE HAVING IT}

본 발명은 휴대 단말기에 설치되어 디스플레이 화면상에 커서를 생성하는 초 슬림 광 조이스틱 및 이를 갖는 휴대 단말기에 관한 것이다.

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

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

상기와 같은 전자기기의 단말기에는 디스플레이부가 구비되어, 사용자가 키패드를 통해 입력한 데이터 및 그에 관련된 정보를 표시하게 된다.

근래에는 전자기기를 이용한 통신 서비스나 인터넷 서비스의 지원을 위하여, 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 휴대 전자기기는 사용자에게 다양한 부가 서비스를 제공하고 있으며, GUI 기반의 윈도우 운영체제는 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), 광 신호를 감지하는 이미지 센서(15), 이미지 센서(15)로 광을 안내하는 결상계(14), 및 조명 가이드와 결상계(14)와 광원 등의 부품을 수용하는 홀더(13)를 포함하여 구성된다.

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.

커버의 외측면(상측면)에는 전자기기의 조작을 위하여 손가락 등의 피사체(P)가 접촉되는 조작면이 형성되며, 이미지 센서(15)는 입력되는 광신호의 처리 를 위하여 PCB(미부호)에 구비된다.

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

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

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

여기서 결상계(14)는 유리나 광학 플라스틱과 같은 재질로 된 프리즘(14a)과 렌즈(14b) 등 복수개의 구성을 포함하며, 피사체에 반사된 광을 소정방향 반사 및 또는 굴절시킴과 동시에 집광하여 이미지 센서(15)로 전달하고, 커버(12) 외부의 피사체가 움직이게 되면, 피사체(12)에 반사되어 이미지 센서(15)에 감지되는 광 신호도 변화된다.

그리고 이미지 센서(15)가 피사체의 움직임에 의한 광 신호의 변화를 감지하고, 이에 따라 전자기기(1)의 디스플레이부(3)에 커서 또는 포인터의 이동이 표시되었다.

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

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

그러나, 종래 광 조이스틱의 광원은 인쇄회로기판에 설치된 상태에서 약 120°의 출사각을 유지하는데, 광원에서 출사되는 빛은 피사체가 접촉되는 하우징을 향하여 집중적으로 조명되지 못하여 작동 성능이 저하되는 문제점이 있다.

즉, 광원은 인쇄회로기판에 설치 시 홀더의 외측에 설치되어 커버를 향해 빛을 조사하게 되는데, 이러한 이유는 광원이 홀더 중심측에 설치될 경우 광원에서 출사된 빛이 그대로 결상계에 의해 직접 가이드되면서 이미지센서로 유입되어 오작동을 발생시킬 수 있기 때문이다.

따라서, 광원이 홀더 외측에서 커버를 향하여 빛을 조사하게 될 때에는, 중앙부위의 밝은 빛은 대부분 홀더에 의해 흡수되어 손실되고, 손실되지 않은 측면광만의 커버를 향하여 조명됨에 따라 작동성능이 저하되는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 광원에서 출사된 빛의 출력량은 그대로 유지하면서도 커버로 조명되는 광량은 크게 증대되도록 함으로써 작동 성능의 개선을 기대할 수 있는 광 조이스틱 및 이를 갖는 휴대 단말기를 제공하는데 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은, 광원에서 출사되는 빛의 조사각을 변경하여 광량 증대 효과를 가질 수 있는 광 조이스틱 및 이를 갖는 휴대 단말기를 제공하는데 있다.

본 발명은 광원에서 출사된 빛의 출력량은 그대로 유지하면서도 커버로 조명되는 광량은 증대되도록 함으로써, 작동 성능의 개선을 기대할 수 있는 효과를 제공한다.

이와 같은 목적을 효과적으로 달성하기 위해 본 발명은, 광원; 상기 광원에서 출사된 빛의 조사각을 미리 설정된 각도대로 굴절하는 프리즘; 상기 프리즘을 통해 굴절된 빛에 의해 조명되는 하우징; 상기 프리즘과 일체형으로 구성되며, 빛을 결상하는 결상부재; 상기 결상부재를 내부에 수용하는 홀더; 그리고 상기 결상부재를 통해 결상된 빛을 수광받아 변위값으로 연산하는 수광센서;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

홀더는 광원에서 출사된 빛 중 중앙부위의 밝은 빛만이 통과되어 진행하도록 상기 광원과 프리즘 사이에 배치된 스탑을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 초 슬림 광 조이스틱을 보인 분해 사시도이고, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 광 조이스틱을 보인 단면도이며, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 광 조이스틱의 작용 상태도이고, 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 광 조이스틱의 구성요소 중 하우징이 분리된 상태를 보인 사시도이다.

도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 광 조이스틱(100)은 광원(30)과 광원(30)의 빛을 굴절하는 프리즘(40)과 광원(30)의 빛을 조명받는 하우징(50)과 광원(30)의 빛을 결상하는 결상부재(60)와 결상부재(60)를 내부에 수용하는 홀더(70)와 결상된 빛을 수광하는 수광센서(80)를 포함한다.

광원(30)은 요구되는 빛의 조도량에 대응하는 적외선 LED 또는 LD가 사용될 수 있다. LED(Light-Emitting Diode)와 LD(Laser Diode)는 빛을 조사하는 출력량에서 차이점이 있는데, 비교적 적은 광량으로 출력이 요구될 경우 LED를 사용하고, 반대로 비교적 많은 광량으로 출력이 요구될 경우 LD를 사용한다.

따라서, 본 발명에서는 광원(30)으로 사용되는 LED와 LD는 광 조이스틱(100)의 설계사양에 따라 선택적으로 사용될 수 있다.

이때, LED와 LD는 가시광선을 조사하는 부품을 선택하여 실장할 수도 있으나, 빛에 의해 사용자가 눈부심을 느낄 수 있어 적외선과 같이 눈에 보이지 않는 부품을 선택하여 실장하는 것이 바람직하겠다.

광원(30)의 상측에는 광원(30)에서 출사된 빛이 미리 설정된 각도대로 굴절되어 진행하도록 프리즘(40)이 배치된다. 다시 말해, 프리즘(40)은 광원(30)의 중심과 동일 축선을 이루도록 광원(30)과 소정거리 이격된 상측에 배치된다.

프리즘(40)은 광원(30)에서 출사되는 빛을 집광과 동시에 수직방향에서 미리 설정된 소정의 각도로 굴절시키도록 광원(30)과 마주보는 부위에 볼록렌즈(42)가 형성되어 있다.

따라서, 광원(30)에서 출사된 빛은 집광된 상태로 프리즘(40)을 통해 굴절된다.

하우징(50)은 광원(30)에서 출사되는 빛이 투과되기 위해 광학 플라스틱으로 제조될 수 있다. 예를 들어, 광원(30)에서 출사되는 빛이 IR(적외선)일 경우 적외선만이 투과되도록 광학플라스틱으로 구성되거나 투명 플라스틱에 IR 레진 등을 코팅하여 구성할 수도 있다.

또한 프리즘(40)은 하우징(50)에 접촉된 피사체에 반사되어 돌아오는 빛을 결상하기 위한 결상부재(60)와 일체형으로 구성된다. 결상부재(60)는 빛을 집광하기 위한 결상렌즈(미도시)로만 구성될 수 있으며, 한 쌍으로 이루어진 광학프리즘(62)과 광학프리즘(62) 사이에 배치된 광학렌즈(64)로 구성될 수도 있다.

보다 상세하게 설명하면, 결상부재(60)가 빛을 집광하는 결상렌즈로 구성될 경우 결상렌즈와 프리즘(40)이 일체형으로 사출 구성될 수 있다. 또한 결상부재(60)가 한 쌍의 광학프리즘(62)과 광학렌즈(64)로 구성될 경우 프리즘(40)이 한 쌍의 광학프리즘(62)과 일체형으로 사출 구성될 수도 있다.

결상부재(60)는 홀더(70) 내부에 수용된다. 홀더(70)는 빛이 투과되지 않는 Black EMC(Epoxy Moulding Compound)로 사출될 수 있다. 물론, Black EMC가 아니더라도 빛이 투과되지 않는 합성수지재로 구성될 수도 있다.

홀더(70)의 내부에는 결상부재(60)가 수용되기 위한 수용공간(72)과 전술한 프리즘(40)이 설치되기 위한 설치홈(74)이 각각 구비되어 있다.

또한 홀더(70)에는 광원(30)에서 출사된 빛의 조사각에서 중앙부위의 밝은 빛만이 통과되어 프리즘(40)을 향해 진행되도록 소정의 직경으로 천공된 스탑(76)이 형성되어 있다.

이러한 스탑(76)은 광원(30)과 프리즘(40) 사이에 홀더(70)와 일체형으로 형성될 수 있으며, 설계사항에 따라 별도로 제조되어 홀더(70)에 설치될 수도 있다.

또한 결상부재(60)를 통해 결상된 빛은 수광센서(80)로 전달된다. 수광센서(80)는 빛을 연속적으로 촬상하여 변위값으로 연산한 다음, 연산된 변위값을 휴대 단말기의 마이컴(미도시)으로 전송하게 된다.

마이컴은 수신받은 변위값 데이터에 따라 디스플레이 화면상에 커서를 생성하고 이동시키게 된다.

이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 초 슬림 광 조이스틱 및 이를 구비한 휴대 단말기의 작용 상태를 설명하면 다음과 같다.

광원(30)에서 출사되는 빛은 약 120°의 출사각으로 조사되며, 출사되는 빛 중 스탑(76)을 통과한 중앙부위의 밝은 빛만이 프리즘(40)으로 진행된다. 프리즘(40)은 스탑(76)을 통과한 빛을 볼록렌즈(42)를 통해 집광시킨 다음 하우징(50)을 향하여 빛이 집중되도록 굴절시킨다.

이때, 광원(30)에서 출사된 빛이 프리즘(40)을 통해 소정의 각도로 굴절되어 하우징(50)에 집중 조명될 경우, 하우징(50)으로 조명되는 광량이 크게 증가될 수 있다.

하우징(50)으로 굴절된 빛은 피사체가 하우징(50)에 접촉되지 않은 경우 그 대로 외부를 향하여 조사되지만, 피사체가 하우징(50)에 접촉된 경우 피사체에 반사되어 하우징(50) 내부로 진행하게 된다.

피사체에 반사되어 하우징(50) 내부로 진행된 빛은 결상부재(60)를 통해 결상되면서 수광센서(80)로 전달된다.

수광센서(80)는 수광받은 빛을 연속적으로 촬상하여 빛의 음영 변화를 변위값으로 연산한 다음, 휴대 단말기의 마이컴으로 전송하게 된다.

휴대 단말기의 마이컴은 수신받은 변위값에 따라 디스플레이 화면상에 커서를 생성하고 이동시키게 된다.

이상에서 본 발명의 실시예에 따른 초 슬림 광 조이스틱 및 이를 갖는 휴대 단말기에 대해 설명하였으나 본 발명은 이에 한정하지 아니하며 당업자라면 그 응용과 변형이 가능함은 물론이다.

도 1은 휴대 단말기에 광 조이스틱이 설치된 상태를 보인 사시도.

도 2는 종래 광 조이스틱이 작동되는 과정을 보인 작용 상태도.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 초 슬림 광 조이스틱을 보인 분해 사시도.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 광 조이스틱을 보인 개략단면도.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 광 조이스틱의 작용 상태도.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 광 조이스틱의 구성요소 중 하우징이 분리된 상태를 보인 사시도.

<도면 각 주요 부분에 대한 부호의 설명>

30: 광원 40: 프리즘

42: 볼록렌즈 50: 하우징

60: 결상부재 62: 광학프리즘

64: 광학렌즈 70: 홀더

72: 수용공간 74: 설치홈

76: 스탑 80: 수광센서

100: 광 조이스틱

Claims (6)

1. 광원;

   상기 광원에서 출사된 빛을 미리 설정된 각도대로 굴절시키는 프리즘;

   상기 프리즘을 통해 굴절된 빛에 의해 조명되는 하우징;

   상기 프리즘과 일체형으로 구성되며, 빛을 결상하는 결상부재;

   상기 결상부재를 내부에 수용하는 홀더;

   상기 결상부재를 통해 결상된 빛을 수광받아 변위값으로 연산하는 수광센서; 및

   상기 광원에서 출사된 빛 중 중앙부위의 밝은 빛만이 통과되어 상기 프리즘으로 진행하도록 상기 광원과 상기 프리즘 사이에 배치되며, 빛이 투과되지 않는 소재로 구성되어 상기 홀더와 일체형으로 형성된 스탑을 포함하는 것을 특징으로 하는 초 슬림 광 조이스틱.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제 1항에 있어서,

   상기 홀더는 프리즘이 내부에 수용되도록 설치홈이 구비된 것을 특징으로 하는 초 슬림 광 조이스틱.
5. 제 1항에 있어서,

   상기 프리즘은 광원과 마주보는 면상에 볼록렌즈가 더 구비된 것을 특징으로 하는 초 슬림 광 조이스틱.
6. 제 1항, 제 4항, 및 제 5항 중 어느 한 항을 통해 제조된 광 조이스틱을 갖는 휴대 단말기.

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