KR20060094066A - 광 정합 필터를 내장한 포인팅 장치 - Google Patents

광 정합 필터를 내장한 포인팅 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 광 정합 필터를 내장한 포인팅 장치에 관한 것으로, 보다 자세하게는 조명 광원과 동일한 주파수의 빛만 통과시키고 다른 주파수의 빛은 흡수 또는 반사하는 광 정합 필터를 내장한 포인팅 장치에 관한 것이다.
본 발명의 광 정합 필터를 내장한 포인팅 장치는 빛을 방사하는 광원; 상기 광원으로부터 방사된 빛을 대물면으로 유도하고, 상기 대물면에서 반사된 빛을 센서부로 집광시키기 위한 렌즈부; 상기 대물면에서 반사되어 상기 렌즈부를 통해 집광된 빛을 감지하기 위한 센서부; 및 상기 센서부로 유입되는 잡광을 제거하기 위한 광 정합 필터를 포함한다.
광 정합 필터, 결상계광축, 광원, 포인팅, 센서

Description

광 정합 필터를 내장한 포인팅 장치{Pointing device with optical matched filter}
도 1a 및 도 1b는 종래기술을 나타낸 도면,
도 2a는 비네팅 현상의 원인인 cos4θ 규칙을 나타내는 도면,
도 2b는 종래기술에 따른 공간 필터를 이용한 광 센서를 나타내는 도면,
도 3은 본 발명에 따른 광 정합 필터 어레이의 일실시예를 나타내는 단면도,
도 4a 내지 도 4d는 본 발명에 따른 광 정합 필터의 적용 실시예를 나타내는 도면,
도 5a 내지 도 5c는 본 발명에 따른 포인팅 장치의 주파수 필터링 실시예를 나타내는 도면,
도 6a 내지 도 6c는 본 발명에 따른 광 정합 필터 어레이의 실시예를 나타내는 도면.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
300: 기판 310: 포토다이오드
320: 금속층 330, 400, 600, 650, 660: 광 정합 필터
340: 렌즈 410: 렌즈부
420: 광원 430: 센서부
440: 대물면 450: 광로
본 발명은 광 정합 필터를 내장한 포인팅 장치에 관한 것으로, 보다 자세하게는 조명 광원과 동일한 주파수의 빛만 통과시키고 다른 주파수의 빛은 흡수 또는 반사하는 광 정합 필터를 내장한 포인팅 장치에 관한 것이다.
최근에 디지털 컨버전스에 따라 핸드폰이나 PDA 등과 같은 휴대 정보기기에서 인터넷 등 다양한 서비스가 제공되는 추세이며 이에 대응하여 사용자가 보다 쉽게 다양한 기능을 사용하도록 하는 사용자 입력장치가 제안되고 있다.
휴대 정보기기의 특성상 한손으로 사용하는 것이 편하기 때문에 대부분의 사람들은 엄지 손가락을 이용하여 휴대 정보기기에 입력하고 있다. 즉, 손가락면으로 제어되는 소형, 고성능의 입력장치가 필요하다.
한국등록특허 제488486호는 휴대형 정보기기에서 내장하여 사용할 수 있는 초소형 포인팅 장치에 관한 것이다.
이와 같은 포인팅 장치는 광원을 구비하고, 이 광원으로부터 나오는 빛이 대 물면에 균일하게 조사될 수 있도록 집광하며, 평행광으로 만들며 빛의 진행 방향을 대물면으로 인도하도록 프리즘 및 렌즈를 이용하여 구성한 광가이드 구조물을 포함한다. 또한, 산란된 빛과 외부에서 유입되는 빛을 차단하는 마스크, 대물면에서 반사된 빛 즉, 취득영상정보를 결상하는 결상렌즈, 결상렌즈를 통해 모아진 빛을 받아 전기적 신호로 변환하는 영상센서, 프리즘 렌즈와 결상렌즈를 일체형으로 결합한 하우징 및 영상센서를 고정하기 위한 PCB로 구성된다.
이와 같은 포인팅 장치는 소형이기 때문에 휴대형 정보기기에 실장하기 쉽고 광원의 빛을 최대한 손실없이 센서까지 이동시켜 사용할 수 있는 구조이며, 센서의 오작동을 일으킬 수 있는 먼지, 이물질 등으로부터 광학렌즈와 센서를 보호할 수 있는 효과가 있다.
그러나, 휴대 정보기기에 실장되는 포인팅 장치는 박형 설계가 중요한 경우에 큰 화각이 요구되고, 이 경우 이미지 센터 부분은 밝고 가장자리 부분은 어두워지는 현상이 발생되어 영상의 품질이 저하되는 문제가 발생한다.
도 1a 및 도 1b는 종래기술을 나타낸 도면이다. 도 1a 및 도 1b를 참조하면, 광 센서(100)를 햇빛이 직접 받는 야외에서 사용할 경우, 태양광(110)이 손가락(120)과 렌즈(130)를 투과하여 광 센서(100)에서 전환된 신호가 배경 잡음을 발생시켜 신호대 잡음비가 저하되기 때문에 손가락의 움직임 추적이 불가능해지는 문제점이 있다.
도 2a는 비네팅 현상의 원인인 cos4θ 규칙을 나타내는 도면이다. 도 2a를 참조하면, 기존의 센싱장치는 렌즈(200), 렌즈축(205), 광 센서(210), 렌즈 출구 퓨필(215)을 포함한다. cos4θ 규칙에 의해 광 센서(210) B 부분에 전송되는 빛이 A 부분에 전송되는 빛보다 적다. cos4θ 규칙은 광 센서(210)상의 위치에 따라 조명 강도가 다른 것을 의미한다.
즉, 렌즈축(205)에 더 가까운 A 부분은 렌즈축(205)에서 멀리 떨어진 B 부분보다 큰 조명 강도를 가지게 된다. 이와 같은 현상은 표면에서 얻은 이미지에 대해 오작동을 일으킬 위험성을 높인다.
도 2b는 종래기술에 따른 공간 필터를 이용한 광 센서를 나타낸다. 이는 미국 등록특허 제6819314호에 언급되어 있다. 미국 등록특허 제6819314호는 광 센서를 통해 조명 감도를 일정하게 하는 광 마우스에 관한 것으로, 조명 블로킹 패치(260)를 픽셀(250)의 사이트(255)에 붙여 조명을 일정하게 하는 것이다.
그러나, 이와 같은 종래기술은 광원 이외 주파수의 빛 즉, 가시광선 등을 모두 투과하여 정확한 이미지를 획득하기 힘든 문제점이 있다.
따라서, 본 발명은 태양광이 손가락을 투과하여 센서에서 전환된 신호 즉, 배경 잡음에 대한 신호대 잡음비의 저하를 방지하고, 포인팅 장치의 성능을 개선할 수 있는 광 정합 필터를 내장한 포인팅 장치를 제공함에 본 발명의 목적이 있다.
본 발명의 목적은 빛을 방사하는 광원; 상기 광원으로부터 방사된 빛을 대물면으로 유도하고, 상기 대물면에서 반사된 빛을 센서부로 집광시키기 위한 렌즈부; 상기 대물면에서 반사되어 상기 렌즈부를 통해 집광된 빛을 감지하기 위한 센서부; 및 상기 센서부로 유입되는 잡광을 제거하기 위한 광 정합 필터를 포함하는 광 정합 필터를 내장한 포인팅 장치에 의해 달성된다.
이에 앞서, 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 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명에 따른 포인팅 장치의 일실시예를 나타내는 단면도이다. 도 3을 참조하면, 본 발명의 포인팅 장치는 기판(300), 포토다이오드(310), 금속층(320), 광 정합 필터(330) 및 렌즈(340)를 포함한다.
광 정합 필터(330)는 광학적 패턴에서 잡음에 파묻힌 신호정보를 신호대 잡 음비가 최대로 검출될 수 있도록 된 광학 필터로써, 광원과 같은 주파수만 통과시키고 다른 주파수의 빛을 흡수 또는 반사시킨다.
또한, 렌즈(340)는 마이크로 렌즈를 포함하는데, 이를 이용하여 광 수집효율을 조정하고 그 결과가 비네팅(Vignetting) 역함수가 되도록 조정한다. 포토다이오드(310)와 금속층(320)은 면적을 비네팅 역함수로 조정한다.
즉, 본 발명은 조명 광원과 동일한 주파수의 빛만 통과시키고 다른 주파수의 빛을 흡수 또는 반사시키는 광 정합 필터를 사용하여 태양광이 손가락을 투과하여 센서에서 전환된 신호인 배경 잡음에 따른 신호대 잡음비의 저하를 방지한다.
도 4a 내지 도 4d는 본 발명에 따른 광 정합 필터의 적용 실시예를 나타내는 도면이다. 도 4a는 광 정합 필터(400)를 대물면(440)과 일체형으로 실장한 예를 나타내고, 도 4b는 광 정합 필터(400)를 결상계 렌즈의 상부인 대물면(440) 하부에 실장한 예를 나타내며, 도 4c는 광 정합 필터(400)를 결상계 렌즈의 하부인 센서부(430) 상부에 실장한 예를 나타내고, 도 4d는 광 정합 필터(400)를 센서부(430)와 일체형으로 실장한 예를 나타낸 것이다.
즉, 빛을 방사하는 광원(420), 감지하고자 하는 대상물이 위치하는 대물면(440), 광원(420)으로부터 방사된 빛을 대물면(440)으로 유도하고, 대물면(440)에 반사된 빛을 센서부(430)로 유도하기 위한 렌즈부(410), 및 대물면(440)에 반사되어 렌즈부(410)를 통해 집광된 빛을 감지하기 위한 센서부(430)를 포함하는 포인팅 장치에 있어서, 본 발명의 광 정합 필터를 광로(450) 중 대물면(440)과 센서부(430) 사이 빛이 지나는 광로인 결상계광로의 축 상의 소정 위치에 구비함으로써 센서부(430)로 유입될 수 있는 잡광을 제거할 수 있다.
여기서, 대물면(440) 또는 센서부(430)에 일체형으로 실장하는 광 정합 필터(400)는 대물면(440) 또는 센서부(430)에 광 정합 필터(400)를 코팅처리하여 일체형으로 구비함이 바람직하다.
도 5a 내지 도 5c는 본 발명에 따른 포인팅 장치의 주파수 필터링 실시예를 나타내는 도면이다. 더욱 자세하게는 도 5a는 센서의 감도를 저하시키는 적외선의 필터링(500)을 나타내며, 또한 복수의 주파수 대역의 광원을 필터링 할 수 있음 나타내고 있고, 도 5b는 청색 주파수 대역(520)의 LED를 조명 광원으로 사용할 경우의 협대역 광 정합 필터링(510)을 나타내고 있다. 또한, 도 5c는 붉은 색(530)의 LED를 조명 광원으로 사용할 경우에 있어서의 광 정합 필터링(510)을 나타낸다.
본 발명은 광 정합 필터(510)의 통과 대역을 조명 광원과 일치시키고 그 이외의 대역을 제거함으로써, 신호대 잡읍비를 개선할 수 있다. 대역폭을 최소화하여야 효과가 극대화되나, 2개 이상의 주파수를 가진 조명 광원을 사용할 경우에는 도 5a에 도시된 것과 같이 대역폭을 확장하여 대응할 수 있다.
여기서, 조명 광원은 LED에 한정되지 않고, 레이저 다이오드로 확장하여 해석할 수 있다. 즉, 레이저 다이오드는 사용시 대역폭이 더욱더 좁아져 개선 작용이 크다.
도 6a 내지 도 6c는 본 발명에 따른 광 정합 필터 어레이의 실시예를 나타내는 도면이다. 도 6a 및 도 6b를 살펴보면, 어레이 형태로 배열한 광 정합 필터(600)를 보여주고 있다.
중앙 부분의 광 정합 필터(650)는 조명 강도가 크기 때문에 가장자리 부분과의 감도를 조정하기 위해 조금만 open하고 나머지 부분은 close하며, 가장자리 부분의 광 정합 필터(660)는 조명 강도가 적기 때문에 중앙 부분과의 감도를 조정하기 위해 open해 준다.
즉, 광 정합 필터 복수개를 이용하여 광 정합 필터 어레이를 형성할 경우, 상기 광 정합 필터 어레이를 형성하는 광 정합 필터들은 상기 광 정합 필터 어레이를 통과한 빛의 조도가 균일하도록 빛 차단율이 각각 조절된 것이다.
또한, 도 6c는 광 정합 필터 자체의 조명 감도를 조정하기 위해 open과 close를 적용한 실시예를 나타내고 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 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.
따라서, 본 발명의 광 정합 필터를 내장한 포인팅 장치는 배경 잡음에 대한 신호대 잡음비의 저하를 방지하고, 포인팅 장치의 성능을 개선할 수 있는 효과가 있다.

Claims (6)

  1. 빛을 방사하는 광원;
    상기 광원으로부터 방사된 빛을 대물면으로 유도하고, 상기 대물면에서 반사된 빛을 센서부로 집광시키기 위한 렌즈부;
    상기 대물면에서 반사되어 상기 렌즈부를 통해 집광된 빛을 감지하기 위한 센서부; 및
    상기 센서부로 유입되는 잡광을 제거하기 위한 광 정합 필터
    를 포함하는 광 정합 필터를 내장한 포인팅 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 광 정합 필터는 상기 대물면과 센서부 사이 결상계광축 상에 구비되는 광 정합 필터를 내장한 포인팅 장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 광 정합 필터는 상기 대물면과 일체형으로 구비되는 광 정합 필터를 내장한 포인팅 장치.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 광 정합 필터는 상기 센서부와 일체형으로 구비되는 광 정합 필터를 내장한 포인팅 장치.
  5. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광 정합 필터는 상기 광원으로부터 방사되는 빛의 주파수와 동일한 주파수의 빛은 통과시키고, 다른 주파수의 빛은 흡수 또는 반사시키는 광 정합 필터를 내장한 포인팅 장치.
  6. 제 5항에 있어서,
    복수개의 상기 광 정합 필터를 이용하여 광 정합 필터 어레이를 형성하는 경우, 상기 광 정합 필터 어레이를 형성하는 상기 광 정합 필터는 상기 광 정합 필터 어레이를 통과한 빛의 조도가 균일하도록 빛 차단율이 각각 조절되는 광 정합 필터를 내장한 포인팅 장치.
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