KR101092857B1 - 초슬림 광조이스틱 - Google Patents

Abstract

본 발명은 휴대폰 등과 같은 휴대 단말기의 사용자 인터페이스로 적용되는 광 조이스틱에 관한 것이다.

본 발명은 메인 기판; 상기 메인 기판에 SMT공정으로 실장되어 적외선을 출사하는 광원; 상기 적외선 광원에 의해 조명되며, 피사체가 접촉되는 하우징; 상기 하우징 내부에 수용되며, 내부에 광원의 빛이 반사되도록 한 쌍의 반사부재가 형성된 홀더; 상기 한 쌍의 반사부재 사이에 구성되어 빛을 결상하는 결상렌즈; 상기 결상렌즈를 통과하여 진행되는 빛중 잡광을 차단하는 마스크; 그리고, 상기 마스크를 통과하여 진행되는 빛을 검출하는 수광부;로 구성됨을 특징으로 한다.

광조이스틱, 반사부재, 적외선LED

Description

초슬림 광조이스틱{ULTRA SLIM OPTICAL JOYSTICK}

본 발명은 휴대폰 등과 같은 휴대 단말기의 사용자 인터페이스로 적용되는 광 조이스틱에 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 상기 키패드의 버튼을 눌러 숫자나 단어 등과 같은 원하는 데이터를 상기 휴대 전자기기에 입력하거나 버튼식 커서(Cursor)와 선택버튼을 눌러서 메뉴를 선택할 수 있다.

상기와 같은 전자기기의 단말기에는 디스플레이부가 구비되어, 사용자가 상기 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 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.

광원은 적어도 하나 이상의 적외선 LED로 구성되며, 플렉서블 피시비 (FPCB)(미도시)에 실장되어 홀더 외측의 돌기(미도시)에 끼워지게 된다.

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 프리즘(14a)과 렌즈(14b) 등 복수개의 구성을 포함하며, 상기 피사체에 반사된 광을 소정방향 반사 및 또는 굴절 시킴과 동시에 집광하여 상기 이미지 센서(15)로 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 상기 피사체의 움직임에 의한 광 신호의 변 화를 감지하고, 이에 따라 상기 전자기기(1)의 디스플레이부(3)에 커서 또는 포인터의 이동이 표시되었다.

상기 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 조이스틱은 제조되는 과정에서 고가의 부품들이 다수개 실장됨에 따라 제조비용이 상승함은 물론, 제조공정이 복잡하여 생산성이 저하되는 문제점이 있다.

즉, 종래 광 조이스틱의 경우 커버 내부에 수용되는 홀더 및 홀더 내부에 수용되는 결상계와 이미지센서 등과 같이 비교적 제조단가가 높고 조립성이 떨어지는 다수개의 부품들을 작업순서에 따라 순차적으로 조립하게 되는데, 이렇게 홀더 내부에 수용되는 다수개의 부품들은 조립과정에서 부품의 크기가 너무 작아 작업성이 떨어짐은 물론 조립이 완료되었다 하더라도 불량률이 높아 제품의 생산성이 저하되는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 조립 부품의 간소화를 통해 제조원가의 절감은 물론, 부품 간소를 통한 조립성의 개선으로 생산성을 크게 향상시킨 초슬림 광조이스틱을 제공하는데 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은, 결상계를 구성하며 빛의 경로를 수평방향과 수직방향으로 굴절시키는 프리즘을 홀더 일체형으로 구성하여 조립부품의 간소화를 통해 생산성을 증대시킬 수 있도록 하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은, 적외선LED를 별도의 모듈로 구성하지 않고, 메인기판에 직접 실장함으로써 제조비용 절감은 물론 제조과정 단계를 축소하는데 있다.

본 발명의 실시예에 따른 초슬림 광조이스틱은 결상계를 구성하는 프리즘을 별도의 사출 성형을 통해 제조하지 않고 홀더와 일체형으로 제조함으로써, 조립 부품의 간소화로 제조원가의 절감은 물론, 부품 간소를 통한 조립성의 개선으로 생산성을 크게 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 적외선LED를 별도의 모듈로 구성하지 않고, 메인기판에 직접 실장함으로써 제조비용 절감은 물론 제조과정 단계를 축소할 수 있는 효과가 있다.

이와 같은 목적을 효과적으로 달성하기 위해 본 발명은 메인 기판; 상기 메인 기판에 SMT공정으로 실장되어 적외선을 출사하는 광원; 상기 적외선 광원에 의해 조명되며, 피사체가 접촉되는 하우징; 상기 하우징 내부에 수용되며, 내부에 광원의 빛이 반사되도록 한 쌍의 반사부재가 형성된 홀더; 상기 한 쌍의 반사부재 사이에 구성되어 빛을 결상하는 결상렌즈; 상기 결상렌즈를 통과하여 진행되는 빛중 잡광을 차단하는 마스크; 그리고, 상기 마스크를 통과하여 진행되는 빛을 검출하는 수광부;로 구성됨을 특징으로 한다.

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

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 초슬림 광조이스틱을 보인 분해 사시도이고, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 초슬림 광조이스틱의 단면도이며, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 광조이스틱의 작용상태도이다.

도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 광 조이스틱은 광원(20)과 피사체가 접촉되는 하우징(30)과 하우징(30)과 결합되는 홀더(40)와 빛을 결상하는 결상렌즈(50)와 빛의 산란을 차단하는 마스크(55)와 빛을 검출하는 수광부(60)를 포함하여 구성된다.

광원(20)은 적외선을 출사하는 적어도 하나의 사이드뷰 타입의 LED가 사용되며, 메인기판(64)에 실장된다.

또한 광원(20)은 빛의 세기를 증대시킬 수 있도록 한 쌍이 구비될 수도 있으나, 이러한 경우 설치공간이 확장되기 때문에 도면에는 도시하지 않았지만 LED 내부에 2개의 발광 다이칩을 실장하여 빛의 세기를 증대시킬 수도 있다.

하우징(30)은 피사체가 접촉되며 광원(20)의 빛이 투과되는 투과존(32)과 외부광을 차단하는 비투과존(34)으로 구성된다.

이때, 투과존(32)과 비투과존(34)의 구분은 각각 별도로 제조하여 결합함으로써 구분될 수도 있고, 별도의 차폐 테입(미도시)을 부착하여 구분될 수도 있다.

이와 같은 하우징(30)은 적외선 이외의 빛은 차단하여 투과되지 못하도록 광학 플라스틱으로 제조될 수 있으며, 투명 플라스틱에 적외선만이 통과될 수 있도록 표면에 도료 코팅이 적용될 수도 있다.

한편, 하우징(30) 내부에는 내부에 수용공간이 구비되며, 한 쌍의 반사부재(42)가 일체로 형성된 홀더(40)가 결합된다.

홀더(40)는 외부광이 투과되지 않는 합성수지재를 사출 성형하여 제조될 수 있다.

홀더(40) 내부에 형성된 반사부재(42)는 반사플레이트(42a)와 반사플레이트(42a)의 표면에 구성된 반사재(42b)를 포함하여 구비된다.

반사플레이트(42a)는 홀더(40) 내부에서 동일 경사각을 유지하도록 각각 이격된 채 일체로 형성된다.

즉, 반사플레이트(42a)는 광원(20)의 빛이 수직방향에서 수평방향으로 다시 수평방향에서 수직방향으로 반사될 수 있도록 45°의 경사각을 유지하도록 홀더 내부에 구성된다.

따라서, 반사플레이트(42a)는 홀더(40)의 내측 양단부에 형성되어 빛의 경로를 변경할 수 있게 된다.

이와 같은 반사플레이트(42a)는 광원(20)의 빛이 보다 잘 반사된 상태로 진행되기 위해 반사재(42b)가 표면에 구성되어 있다. 이때, 반사재(42b)가 반사 플레이트(42a)의 표면에 구성되어 있지 않게 되면, 광원의 빛이 반사플레이트(42a)에 모두 흡수되어 빛의 경로를 변경할 수 없기 때문에 반드시 반사플레이트(42a)의 표면에 도포 또는 증착되어야만 한다.

반사재(42b)는 반사율이 높은 금속재 예를 들어 알루미늄(Al) 또는 은(Ag) 등이 소재로서 사용될 수 있는데, 반드시 금속재가 사용되는 것은 아니며 비금속재 중에서 반사율이 높은 소재가 선택된다면 금속재 대신 사용도 가능하다.

여기서, 반사재(42b)가 반사플레이트(42a)에 구성될 때에는 코팅과 같은 작업공정이 진행될 수 있으며, 작업자가 직접 반사플레이트(42a)의 표면에 반사 재(42b)를 밀착 구성시킬 수도 있다.

그리고, 홀더의 외부에는 LED로부터 조사된 빛을 하우징으로 안내하는 가이드면이 포함된다. 이때, 가이드면은 조사된 빛의 유실을 최소화하기 위함이다.

또한 홀더(40)의 내부에는 한 쌍으로 이루어진 반사플레이트(42a)의 사이에 결상렌즈(50)가 배치된다.

결상렌즈(50)는 볼록렌즈로서 반사부재(42b)를 통해 반사되는 빛이 집광된 상태로 진행되기 위해 구비된다.

그리고, 한 쌍의 반사플레이트 사이에는 마스크(55)가 배치된다. 마스크(55)는 결상렌즈(50)를 통과하여 진행되는 빛중 잡광을 차단하게 되는데, 이는 후술할 수광부(60)에서 피사체의 이동에 따른 인식률을 높이기 위함이다.

이때, 마스크(55)는 홀더에 형성된 걸림홈(59)에 끼워지는 걸림바(56)와 걸림바에서 일체로 연장되어 잡광을 차단하는 잡광차단면(57)으로 구성되며, 잡광차단면(57)에 천공되어 수광부(60)로 유입되는 빛의 양을 조절하는 홀(58)을 포함한다.

여기서, 마스크는 불투명의 필름재로 구성되는데, PP(폴리프로필렌),PET(폴리에틸렌),PC(폴리카보네이트) 중 어느 하나로 형성될 수 있다.

그리고 마스크(55)를 통과하여 진행되는 빛을 검출하는 수광부(60)가 구성된다.

수광부(60)는 광원(20)의 빛을 센싱영역(62)을 통해 연속적으로 촬상하고, 촬상된 영상화면을 비교하여 변화된 영상화면 만큼 변위값으로 연산하게 된다. 여 기서, 수광부(60)는 CSP(Chip Scale Package)이미지센서로 구성되어 메인기판(64)에 SMT공정으로 실장된다.

그리고, 본 발명에서는 메인기판(64)을 기준으로 광원(20)의 반대편에 돔스위치(미도시)가 포함되어 구성될 수 있다.

이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 초슬림 광조이스틱의 작용 상태를 설명하겠다.

광원(20)의 빛이 하우징의 투과존(32)으로 방사되기 시작하고 피사체가 하우징의 투과존(32)에 접촉되어 있게 되면, 빛은 투과존(32)을 통과하여 피사체에 부딪힌 후 반사되어 하우징(30) 내부로 유입된다.

하우징(30)으로 유입된 빛은 하우징(30)과 일체로 형성된 반사부재(42)를 통해 수직방향에서 수평방향으로 반사된다.

빛이 반사되어 진행하는 과정에서는 결상렌즈(50)가 분산된 빛을 집광하게 된다.

이렇게 결상렌즈(50)를 통과한 빛을 마스크(55)에 의해 잡광이 차단되고, 마스크(55)를 통과한 빛은 반사부재(42)를 통해 다시 수직방향으로 반사되면서 수광부(60)로 전달된다.

수광부(60)는 유입된 빛을 연속적으로 촬상하고, 수광되는 빛의 변화에 따라 변위값으로 연산하여 휴대 단말기의 마이컴으로 전송하게 된다.

따라서, 본 발명은 적외선LED를 별도의 모듈로 구성하지 않고, 메인기판에 직접 실장하며, 빛의 양을 조절하는 마스크를 필름소재를 사용하여 제조비용 절감 은 물론 제조과정 단계를 축소할 수 있다.

이상에서 본 발명의 실시예에 따른 초슬림 광조이스틱에 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 조이스틱의 단면도.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 광 조이스틱의 작용상태도.

*도면 각 주요 부분에 대한 부호의 설명*

20: 광원 30: 하우징

32: 투과존 34: 비투과존

40: 홀더 42: 반사부재

42a: 반사플레이트 42b: 반사재

50: 결상렌즈 55: 마스크

56: 걸림바 57: 잡광차단면

58: 홀 60: 수광부

59: 걸림홈 62: 센싱영역

64: 메인기판

Claims (7)

1. 메인 기판;

   상기 메인 기판에 SMT공정으로 실장되어 적외선을 출사하는 광원;

   상기 적외선 광원에 의해 조명되며, 피사체가 접촉되는 하우징;

   비투광성 소재로 형성되어 상기 하우징 내부에 수용되고, 내부에 광원의 빛이 반사되도록 하는 한 쌍의 반사부재가 일체로 형성된 홀더;

   상기 한 쌍의 반사부재 사이에 구성되어 빛을 결상하는 결상렌즈;

   상기 결상렌즈를 통과하여 진행되는 빛 중 잡광을 차단하는 마스크; 그리고,

   상기 마스크를 통과하여 진행되는 빛을 검출하는 수광부;로 구성됨을 특징으로 하는 초슬림 광조이스틱.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 초슬림 광조이스틱은 메인 기판에 돔스위치를 더 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 초슬림 광조이스틱.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 한 쌍의 반사부재는 동일 경사각을 유지하도록 상기 홀더 내부에 형성된 것을 특징으로 하는 초슬림 광조이스틱.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 한 쌍의 반사부재는 반사플레이트와, 표면 반사율이 높은 금속재 또는 비금속재 중 어느 하나가 표면에 구성된 반사재를 포함하는 것을 특징으로 하는 초슬림 광조이스틱.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 마스크는 불투명의 필름재인 것을 특징으로 하는 초슬림 광조이스틱.
6. 제 1 항에 있어서,

   상기 홀더는 마스크가 안착되는 걸림홈이 형성됨을 특징으로 하는 초슬림 광조이스틱.
7. 제 6 항에 있어서,

   상기 마스크는 걸림홈에 끼워지는 걸림바와, 상기 걸림바에서 일체로 연장되며 잡광을 차단하는 잡광차단면으로 구성되고, 상기 잡광차단면에 천공되어 수광부로 유입되는 빛의 양을 조절하는 홀을 포함하는 것을 특징으로 하는 초슬림 광조이스틱.

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