KR20100094538A

KR20100094538A - 전자 장치의 입력 장치

Info

Publication number: KR20100094538A
Application number: KR1020107014215A
Authority: KR
Inventors: 벤자민 레이넥크
Original assignee: 엔엑스피 비 브이
Priority date: 2007-11-26
Filing date: 2008-11-21
Publication date: 2010-08-26
Also published as: KR101125528B1; US8482524B2; ATE505761T1; US20110074678A1; DE602008006272D1; EP2227733A1; EP2227733B1; WO2009069054A1

Abstract

전자 장치의 입력 장치는, 제 1 방향으로 광빔을 방출하는 광원(2)과, 광빔을 반사하는 반사 부재(4)와, 제 1 방향을 가로지르는 적어도 하나의 축의 둘레로 반사 부재(4)를 틸팅하는 수단과, 반사되는 광빔을 검출하여, 광빔이 반사되는 제 2 방향에서 검출된 광빔의 광강도에 대응하는 전기 신호를 출력하는 적어도 하나의 검출기(6, 7, 8, 9)와, 적어도 하나의 전기 신호로부터 위치 신호를 유도하는 전자 회로를 포함한다고 개시되어 있다. 반사 부재(4)를 틸팅하는 수단은, 슬라이딩 관계로 서로 연동하는 적어도 하나의 볼록면과 적어도 하나의 오목면을 구비하여 반사 부재(4)를 틸팅하는 제 1 베어링(12)을 포함한다.

Description

전자 장치의 입력 장치{INPUT DEVICE FOR AN ELECTRONIC DEVICE}

본 발명은 전자 장치의 입력 장치에 관한 것으로, 상기 입력 장치는, 제 1 방향으로 광빔을 발산하는 광원과, 상기 광빔을 반사시키기 위한 반사 부재와, 상기 제 1 방향을 가로지르는 적어도 하나의 축을 둘레로 반사 부재를 기울이도록 하는 수단과, 반사되는 광빔을 검출하고, 광빔이 반사되는 제 2 방향에서 검출된 광빔의 광강도에 대응하는 전기 신호를 출력하는 적어도 하나의 검출기와, 적어도 하나의 전기 신호로부터 위치 신호를 유도하는 전자 회로를 구비한다. 또한, 본 발명은 상기 입력 장치를 구비하는 이동 전자 장치에 관한 것이다.

전자 장치 예컨대 컴퓨터 또는 이동통신 장치는, 컴퓨터에 의해 처리되는 명령 또는 다른 정보를 사용자가 통신할 수 있도록 하기 위해, 입력 장치를 필요로 한다. 입력 장치는 커서에 대한 위치 신호를 전자 장치로 전달하기 위한 포인팅 장치로서 설계될 수 있다. 예로는 컴퓨터 마우스, 트랙볼 및 조이스틱을 포함한다.

조이스틱은 이동통신 장치 또는 다른 휴대용 전자 장치에서의 포인팅 장치로서 점점 더 사용되고 있다. 이러한 조이스틱은 소형이며, 일반적으로 사용자의 한 손가락에 의해 동작되도록 구성된다. 대부분의 조이스틱은 2개의 움직임 축을 갖는 이차원이지만(마우스와 유사함), 3차원 조이스틱도 존재한다. 조이스틱은 일반적으로 X축을 따라 스틱이 왼쪽 또는 오른쪽으로 움직이고, Y축을 따라 스틱이 앞쪽(위쪽) 또는 뒤쪽(아래쪽)으로 움직이도록 구성된다. 또한, 스틱은 마우스 클릭(mouse-click)을 신호로 보내기 위해 눌려질 수 있도록 구성될 수 있다.

아날로그 조이스틱은, 연속적인 상태를 갖는, 즉 일반적으로 전위차계(potentiometers)를 이용하여 평면 또는 공간에서의 임의의 방향에서 움직임의 각도 측정을 반환하는 조이스틱인 반면에, 스위치형 조이스틱은 4개의 상이한 방향과, 기계적으로 가능한 조합(예를 들어, 위쪽-오른쪽, 아래쪽-왼쪽, 등)에 대해 온/오프 신호만을 부여한다. 점차, 아날로그 조이스틱은 게임, 네비게이션, 웹 브라우징 등과 같은 점점 더 복잡한 애플리케이션에 있어서 스위치형 조이스틱을 대체할 것이다.

통상, 조이스틱의 움직임은 기계적으로 또는 자기적으로 검출된다. 그러나, 이러한 구성은 구성요소가 이른 시기에 마모될 위험이 있고, 휴대용 장치로 통합되기에 충분히 작지 않아 장치의 대형화를 초래한다. 이러한 종류의 조이스틱은 전력 소비가 커서, 자기 방사 및 자기 간섭에 관련된 문제점이 있다.

광학 원리에 근거하고 있고, 본 발명의 분야를 정의하는 조이스틱 개념은, 미국 출원 제6,300,940호에 개시되어 있다. 이러한 조이스틱 개념은, 기계적으로 또는 자기적으로 동작하는 조이스틱에 관한 몇 가지 단점, 예컨대 높은 전력 소비 및 자기 방사의 존재를 극복하고 있지만, 여전히 해결되지 않은 몇 가지 문제점이 있다. 구체적으로 반사 부재를 기울일 수 있는 적절한 지지 구조와 관련하여 문제점이 있다. 미국 특허 제6,300,940호에 개시된 지지 구조는 유연한 고무 물질로 이루어진다. 그러나, 이러한 유연한 지지 구조는, 조이스틱의 수백만개의 구동을 견뎌야 함과 동시에, 기계적인 충격, 태양광, 먼지 노출 및 다른 외부 영향에 의해 일반적으로 영향을 받는 이동 전자 장치에 대한 높은 요구를 충족시키지 못한다. 고무의 유연성 및 온전성은, 시간이 경과하는 경우에, 또한 열과 태양광에 노출되는 경우에, 부정적인 영향을 받는다. 또한, 미국 특허 제6,300,940호에 개시된 바와 같은 지지 구조는 먼지 및 다른 오염물에 대해 충분히 보호되지 않고 있다. 게다가, 공지된 지지 구조는 소형의 휴대용 장치로의 통합이 가능할 만큼 충분한 크기로 소형화될 수 없다. 또한, 공지된 지지 구조는 조립의 용이성에 관련하여 많은 결점을 갖는다.

따라서, 본 발명의 목적은 첫 번째 단락에서 언급한 형태의 입력 장치와, 첫 번째 단락에서 언급한 형태의 이동 전자 장치를 제공함으로써, 상기한 결점을 제거하는 것이다.

발명의 목적 및 개요

본 발명의 목적은, 초반의 단락에서 설명된 바와 같이 입력 장치를 제공함으로써 달성되고, 반사 부재를 틸팅하는 상기 수단이, 슬라이딩 관계로 서로 연동하는 적어도 하나의 볼록면과 적어도 하나의 오목면을 갖는 제 1 베어링을 포함함으로써, 상기 반사 부재를 틸팅시키게 제 1 베어링을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 목적은 본 발명의 입력 장치를 포함한 이동 전자 장치에 의해 더 달성된다.

이렇게 하여, 베어링은 표준적인 절차를 이용하여 용이하게 제조되고 용이하게 조립될 수 있는 반사 부재에 제공된다. 표준적인 내마모 물질, 바람직하게는 플라스틱이 사용될 수 있고, 고무는 회피될 수 있다. 본 발명의 설계는 최소한의 부품량이 요구되는 단순한 구조를 제공한다.

중요한 이점은, 슬라이딩 관계에서 있어서 서로 연동하는 적어도 하나의 오목면과 적어도 하나의 볼록면을 포함하는 베어링 구조는, 입력 장치가 이동 전자 장치에 통합될 수 있을 만큼 충분한 크기로 소형화될 수 있다는 것으로, 전체 입력 장치는 폭이 3-5mm이고 높이가 1, 5mm 또는 그보다 더 작은 크기로 소형화될 수 있음에 유의해야 한다. 이와 관련해서, 본 발명의 설계는 특히 입력 장치의 구조적인 높이를 요구되는 만큼 감소시킬 수 있다.

본 발명의 설계는 광원에 의해 방출되는 광빔의 방향을 가로지르는 적어도 하나의 축의 둘레로 틸팅시키되, 상기 축은 제 1 베어링의 연동면의 곡률 및 배치에 의해 규정된다. 본 발명의 범위 내에서, 틸팅을 위한 하나 이상의 축을 용이하게 규정할 수 있다. 특히, 틸팅을 위한 적어도 2개의 축을 규정할 수 있고, 상기 적어도 2개의 축은 조이스틱을 위쪽 및 아래쪽뿐만 아니라 왼쪽 및 오른쪽으로도 틸팅시키기 위해서 서로 수직하게 연장해 있는 것이 유리하고, 반사 부재는 서로 슬라이딩 관계에 있는 베어링의 연동면에 의해 정확하게 유도된다.

입력 장치를 소형으로 제작하여야 하므로, 베어링 구조는 그에 따라 작아져서, 안정성이 감소되는 위험을 갖는다. 베어링 구조의 안정성을 향상시키기 위해서, 상기 틸팅 수단이 슬라이딩 관계로 서로 연동하는 적어도 하나의 볼록면과 적어도 하나의 오목면을 갖는 제 2 베어링을 포함하도록, 구성을 고안하는 것이 유용하다. 제 2 베어링은 반사 부재의 틸팅시에 지지 및 유도를 더 제공하게 되어, 특정한 축에 대해 반사 부재를 틸팅할 때에 제 1 및 제 2 베어링의 양쪽이 동시에 효과적이다. 이러한 구성은 본 발명의 장치가 긴 시간 동안에 원활하게 동작하도록 한다.

이와 관련하여, 상기 제 2 베어링이 상기 제 1 베어링보다 큰 직경을 갖는 것이 유리하다. 이러한 구성은 컴팩트한 설계를 가능하게 함과 동시에, 반사 부재에 대해 더한 유도를 부여한다.

특정의 컴팩트한 설계는 바람직한 실시예에 따라 달성될 수 있으며, 여기서 상기 제 1 베어링 및 상기 제 2 베어링은 공통의 베어링 부재를 포함하고, 상기 공통의 베어링 부재는 상기 반사 부재의 일부분에 배치된 상기 볼록면과 연동하여 상기 제 1 베어링의 상기 오목면을 포함하고, 상기 반사 부재의 일부분에 배치된 상기 오목면과 연동하여 상기 제 2 베어링의 상기 볼록면을 더 포함한다. 본 실시예에서, 공통의 베어링 부재는, 그 내부 주변부 상에서 바람직하게 상기 제 1 베어링의 오목면을 포함하고, 외부 주변부 상에서 바람직하게 상기 제 2 베어링의 볼록면을 포함함으로써, 반사 부재의 안쪽 부분은 내부 주변부에 의해 규정되는 영역 내에서 유도되고, 반사 부재의 바깥쪽 부분은 베어링 요소의 외부 주변부를 둘러싸는 브라켓 구조(bracket-like structure)를 형성한다. 반사 부재의 둘러싸는 부분은, 장치의 정상 기능에 부정적으로 영향을 미치는 먼지, 물 또는 다른 오염물이 입력 장치로 침입하는 것을 방지하도록 기능할 수 있다.

틸팅시에 반사 부재가 걸리는 것을 피하기 위해, 또한, 원활한 틸팅 동작을 보증하기 위해, 상기 제 1 베어링 및 상기 제 2 베어링을 중심이 동일하게 배치하도록 구성하는 것이 유리하다. 이는, 제 1 및 제 2 베어링이 동일한 축 둘레로 틸팅되는 것을 의미한다.

상기 연동면이 원통형인 경우에, 규정된 틸팅 경로를 따라 반사 부재를 정확하게 유도할 수 있는 이점이 있다.

그러나, 반사 부재의 틸팅이 하나 이상의 규정된 틸팅 경로로 제한되지 않으면, 상기 연동면이 구형인 구조는 더욱 유리하다. 따라서, 연동면은 소망하는 임의의 틸팅 방향을 허용하는 구형상의 조인트를 형성하고 있다.

어느 경우에서나, 반사 부재의 외부면은, 반사 부재가 틸팅할 수 있는 방향을 나타내거나 혹은 각각의 틸팅 방향과 접속된 전자 장치의 기능을 설명하는 표시를 포함할 수 있다. 이러한 경우에, 또는 임의의 다른 이유 때문에, 반사 부재가 회전하여, 반사 부재의 표시의 방향이 변경되는 것을 방지하는 것이 바람직할 수 있다. 이 때문에, 바람직한 실시예에 의하면, 본 발명의 장치는 상기 제 1 방향으로 방향이 맞춰진 축을 둘레로 반사 부재의 회전을 방지하기 위한 꼬임 방지부를 포함한다.

특히 단순한 방식으로는, 꼬임 방지부는 회전적으로 고정된 홈 또는 핀과 각각 연동하는 반사 부재의 일부인 적어도 하나의 핀 또는 홈으로서 설계될 수 있다.

본 발명의 장치의 다른 유리한 실시예에 의하면, 상기 제 1 및 제 2 베어링 중 적어도 하나의 연동면은 상기 제 1 방향에서 보아서 비원형인 둘레를 형성하여, 상기 꼬임 방지부를 형성한다. 여기서, 각각의 베어링은 구형상의 베어링으로서 명확하게 설계되어 있지 않지만, 비원형의 둘레를 형성하도록 배치된 복수의 원통 형상의 표면을 포함하는 베어링으로서 설계되어 있다. 따라서, 이 구성에서, 베어링은 꼬임 방지부로서 동시에 기능하고 있다.

상기 제 1 방향을 가로지르는 적어도 하나의 상기 축의 둘레로 반사 부재가 틸팅된 후에, 반사 부재가 중립 위치로 되도록 하기 위해, 상기 반사 부재와 연동하는 탄성 부재를 포함하는 경우에, 입력 장치의 다른 유리한 실시예가 달성된다. 이렇게 하여, 반사 부재를 틸팅시키고 동시에 사용자가 틸팅 동작을 완료한 후에 탄성 부재가 반사 부재를 중립 위치로 되돌아오게 할 때에, 사용자가 되돌리는 힘(force-feedback)을 얻게 되므로, 유용성이 더욱 개선된다.

컴팩트한 설계를 달성함과 동시에, 외부 영향, 예를 들어 먼지 및 물에 대해 보호되는 안전한 위치에 탄성 부재가 배치되도록, 상기 반사 부재와 상기 베어링 부재 사이에 탄성 부재를 배치할 수 있으므로 유리하다. 이와 관련하여, 상기 탄성 부재가 리프 스프링인 경우에 유리하다. 리프 스프링은 금속으로 이루어지지만, 플라스틱으로 이루어질 수도 있으며, 이들 재료는 모두 수백만 번의 가동 사이클을 견딜 수 있는 것이다.

사용자가 "마우스 클릭"을 추가적으로 수행할 수 있기 위해서, 상기 반사 부재를 상기 검출기를 향한 방향으로 시프트시키는 수단을 입력 장치가 포함하는 방식으로 구조를 유리하게 변경한다. 반사 부재의 중립 위치에서 시프트할 수 있지만, 특정한 애플리케이션을 위한 각각의 요구 조건에 따라, 임의의 틸팅된 위치에서도 가능할 수도 있다.

이와 관련하여, 시프트시키는 상기 수단이 상기 베어링 부재 내에서 함몰부로서 설계되는 경우에, 본 발명의 입력 장치의 매우 유리한 실시예가 달성되고, 상기 함몰부는 탄성적으로 휨 가능한 영역이다. 여기서, 클릭 동작은 본 발명의 장치에 구성요소를 추가할 필요 없이 이루어질 수 있다. 단지 함몰부를 갖는 베어링 요소를 구현함으로써, 탄성적으로 휨 가능한 영역을 형성할 수 있다. 휨이 탄성적으로 수행되므로, 반사 부재는 클릭 동작이 수행된 후에 자동적으로 그 본래의 위치로 되돌아오게 된다. 게다가, 반사 부재가 구동되는 경우에 "딸깍" 소리를 내면서 들어가는 방식으로 시프트 기능이 설계될 수 있다. 이렇게 하여, 사용자는 반사 부재가 아래쪽 또는 위쪽에 있는지에 관해 입력 장치로부터의 명확한 피드백을 얻는다.

상기 함몰부는 상기 베어링 부재의 내부와 외부 영역 사이에 배치됨으로써, 상기 내부 영역이 상기 검출기를 향해서 아래쪽으로 구부려지도록 할 수 있는 것이 유리하다. 베어링 부재의 내부 영역은 반사 부재를 지지하기 위한 제 1 베어링을 포함하고, 이러한 구성은, 베어링이 검출기를 향해서 시프트되도록 함과 동시에, 반사 부재가 아래쪽으로 시프트된 위치에서도 틸팅될 수 있거나 틸팅된 위치에서 반사 부재가 아래쪽으로 시프트될 수 있도록 반사 부재를 지지하도록 한다.

본 발명의 입력 장치의 다른 유리한 실시예에 의하면, 상기 반사 부재의 틸팅 동작을 제한하기 위한 수단을 포함한다. 이러한 구성은, 장치의 유용성을 개선하고, 최대 틸팅각에 도달한 경우에 사용자에게 명확한 표시를 제공한다.

이와 관련하여, 특정한 견고한 구성은, 틸팅 동작을 제한하기 위한 상기 수단이 상기 반사 부재의 표면과 접하고 있는 상기 베어링 부재의 적어도 하나의 경사진 접합면을 포함하는 경우에, 유리하게 달성될 수 있다. 여기서, 최대 틸팅각은 반사 부재의 표면이 베어링 부재의 접합면과 접합하는 경우에 달성되고, 양쪽 표면 사이의 평면적인 접촉으로 인해, 사용자에 의해 높은 압력이 가해지는 경우에도 장치가 손상되지 않도록 한다. 상기한 바와 같이, 탄성 부재가 베어링 부재와 반사 부재 사이에 배치될 수 있고, 이 경우, 평판형 스프링 등에 의해 탄성 요소가 형성되면, 상기 탄성 요소를 통해서 접촉면 사이의 평면적인 접촉이 달성된다.

본 발명의 상기 및 다른 측면은 이하에서 기재되는 실시예를 참조해서 명백하게 설명될 것이다.

제한적이지 않은 예시로서 도면에 도시된 실시예를 참조하여 본 발명을 이하에서 보다 상세하게 설명한다.
도 1은 중립 위치의 반사 부재를 구비한 본 발명의 장치의 단면도,
도 2는 틸팅 위치의 반사 부재를 구비한 본 발명의 장치의 단면도,
도 3은 도 1의 선 Ⅲ-Ⅲ에 따른 단면을 나타내는 도면,
도 4는 중립 위치의 반사 부재를 구비한 광검출 시스템의 개략도,
도 5는 도 4에 따른 광학 시스템을 위쪽에서 본 도면,
도 6은 틸팅 위치의 반사 부재를 구비한 광검출 시스템의 개략도,
도 7은 도 6에 따른 광학 시스템을 위쪽에서 본 도면,
도 8은 중립 위치의 반사 부재를 구비한 광검출 시스템의 개략도,
도 9는 아래쪽으로 시프트된 반사 부재를 구비한 도 8에 따른 설명도.

도 1은 광원으로서 기능하는 발광 다이오드(LED)(2)를 포함하는 본 발명의 입력 장치(1)를 나타낸다. LED(2)는 반사 부재(4)를 향해서 광빔(3)을 방출하고, 반사 부재(4)는 그 틸팅 위치에 따른 방향으로 광빔을 반사하는 반사면(5)을 갖는다. 반사된 광은 검출기(포토다이오드)(6, 7, 8, 9)에 의해 검출되고, 그 검출된 광빔의 광강도에 대응하는 전기 신호가 출력되게 된다. 전기 신호는 이후에 보다 상세히 설명되는 전기 접속(10)을 통해서 분석 회로로 들어간다. LED(2), 포토다이오드(6, 7, 8, 9) 및 전기 접속(10)은 완벽히 투명한 컴파운드 패키지(compound package)(11)에 모두 내장된다.

틸팅하기 위해서, 반사 부재(4)는, 베어링 부재(15)의 내부 영역(14)에 형성된 오목면과의 슬라이딩 관계에 있어서 연동하는, 반사 부재(4)의 중심 돌출부(13)에 형성된 볼록면을 갖는 구형상의 베어링으로서 설계된 제 1 베어링(12)에 의해 지지된다. 제 1 베어링(12)은 구형상의 베어링으로서 설계되기 때문에, 중심 축(16)에 대해 가로지르거나 수직한 임의의 축에 대해 반사 부재(4)를 틸팅시킬 수 있게 된다. 가능한 틸팅 동작 중 하나가 이중 화살표(17)로 표시되어 있다. 중심 돌출부는 제조의 용이함을 위해서 베어링 부재(15)로 용이하게 끼워 넣을 수 있다.

틸팅 동작은 각각의 오목면(20)과 연동하는 복수의 볼록면(19)을 갖는 제 2 베어링(18)에 의해 더욱 지지된다. 볼록면(19)은 베어링 부재(15)의 외부 영역(21) 상에 형성된다. 오목면(20)은 베어링 부재(15)를 둘러싸는 반사 부재(4)의 돌출부(22)의 안쪽 둘레에 형성된다. 볼록면(19) 및 오목면(20)은 원통형이고, 중심 축(16)에 수직한 2개의 축에 대해 반사 부재(4)를 틸팅할 수 있도록 설계되어 있다. 제 1 베어링(12) 및 제 2 베어링(18)은 반드시 동일한 중심(22)을 가져야 하고, 연동면(cooperating surfaces)의 반경은 r1 및 r2로 개략적으로 표시되어 있다. 이와 관련하여, 제 2 베어링(18)의 연동면(19, 20)의 곡률은 반드시 동일할 필요는 없고, 틸팅시에 표면의 충돌을 피하기 위해서 상이한 곡률을 갖는 것이 바람직하다. 특히, 연동면(19, 20) 사이에 작은 공간이 생기도록, 표면(19)의 곡률은 표면(20)의 곡률보다 크다. 이렇게 하여, 반사 부재(4)가 그 주위를 틸팅하는 축을 가로지르거나 또는 심지어 그 축에 수직한 축을 갖더라도 원통형 베어링은 상기 틸팅을 방해하지 않는다.

반사 부재(4)는 입력 장치의 제어 손잡이로서 동작할 수 있고, 바람직하게는 반사 부재(4)의 상부면이 각각의 틸팅 방향과 연관된 기능에 관한 표시를 갖는다.

탄성 부재(23)는 반사 부재(4)와 베어링 부재(15) 사이에 배치되어 있다. 도 1에 도시된 실시예에서, 탄성 부재(23)는 리프 스프링 또는 와셔로서 설계되어 있고, 탄성 부재의 한쪽 암은 베어링 부재(15)의 내부 영역(14) 상에서 지지되고, 다른쪽 암은 반사 부재(4)의 아래쪽 표면에 대하여 압력을 받는다. 도 1에 도시된 바와 같이, 스프링은 하나의 고리 형상의 와셔로서 설계될 수 있다. 이와 달리, 탄성 요소는 중심 축(16)의 둘레에 원주 방향으로 분포된 복수의 별개의 스프링 요소를 포함할 수 있다. 사용자에 의해 상부면으로 외부 압력이 가해지지 않으면, 탄성 부재(23)는 도 1에 도시된 바와 같이 중립 위치에서 반사 부재(4)를 유지한다. 예컨대, 도 2에 도시된 틸팅 위치와 같은 위치로 기울어진 후에, 탄성 요소(23)는 반사 부재(4)가 도 1에 도시된 중립 위치로 되돌아오게 한다.

또한, 베어링 부재(15)는, 내부 영역(14)과 외부 영역(21) 사이에 위치한 베어링 부재(15)가 탄성적으로 휠 수 있는 영역을 형성하는 고리 형상의 홈(24) 또는 함몰부(material diminution)를 포함함으로써, 사용자가 압력을 가하는 경우에, 중심 축(16)을 따라서 반사 부재(4)의 시프트 동작을 가능하게 한다. 이렇게 하여, 반사 부재(4)가 LED(2)를 향해서 아래쪽으로 시프트됨으로써, 이후에 설명되는 바와 같이, 검출기(6, 7, 8, 9)에 의해 출력되는 전기 신호를 변경한다. 이렇게 하여, "마우스 클릭"은 전기 장치에 대해 신호로 보내어질 수 있다. 반사 부재(4)가 아래쪽으로 움직이는 경우에 내부 영역(14)은 바깥쪽으로 움직이기 때문에, 내부 영역이 수평 방향으로 맞춰질 때에 그 힘이 최대로 되는 반발력(counteracting force)이 존재한다. 반사 부재(4)가 상기 위치를 넘어서 움직이면, 상기 반발력은 감소한다. 따라서, 입력 장치(1)의 사용자가 반사 부재(4)를 계속해서 누르면, 반사면(5)이 컴파운드 패키지(11)에 부딪힐 때까지 갑자기 "쭉" 내려가고, 이는 반사 부재(4)가 (충분히) 눌려지는지 여부에 관한 확실한 피드백을 입력 장치(1)의 사용자에게 제공한다.

베어링 부재(15)를 둘러싸는 반사 부재(4)의 돌출부(22)는 입력 장치(1)의 내부로 먼지가 들어오는 것을 방지한다. 이렇게 하여, 제 1 베어링(12), 검출기(6, 7, 8, 9) 및 LED(12)와 같은 장치의 감지 가능한 부분들이 먼지, 물 및 다른 오염물로부터 안전해진다. 게다가, 탄성 요소(23)를 수용하는 반사 부재(4)와 베어링 부재(15) 사이의 여유 공간도 먼지로부터 보호되기 때문에, 긴 시간 동안에 틸팅 부재의 원활한 동작이 보호된다.

도 2는 반사 부재(4)가 틸팅 위치에 있는 입력 장치(1)를 나타낸다. 도 1과 동일한 구성요소에는 동일한 참조 번호를 부여한다. 반사된 광원뿔(light cone)은 틸팅축에 대해 수직한 방향으로 시프트되었다. 한쪽 상의 탄성 부재(23)는 수축된 위치에 있고, 반대쪽 상에서는 이완되어 있다.

도 3은 반사면(5)이 원형상의 표면임을 알 수 있는 수평면을 따른 단면도를 나타낸다. 이와 관련하여, 제 1 베어링(12)이 구형상의 베어링으로 설계되어 있기 때문에, 반사 부재(4)가 축(16) 둘레로 회전할 수 있지만, 특히 반사 부재(4)의 상부면이 각각의 틸팅 방향에 연관된 기능을 나타내는데 사용된다면 혼동이 발생함을 유의해야 한다. 따라서, 도 3에 도시된 바와 같은 단면도에서 원형이 아닌 제 2 베어링(18)에 의해 꼬임 방지부가 마련된다. 대각선 방향에서의 틸팅을 용이하게 하기 위해서 둘레는 라운딩되어 있는 모서리를 갖는 실질적인 사각형이다. 기본적으로, 제 2 베어링(18)은 본 실시예에서는 수직 축과 라운딩된 모서리를 갖는 2개의 원통형 베어링을 포함한다. 게다가, 앞서 설명한 바와 같이, 연동면(19, 20) 사이에는 작은 공간이 있기 때문에, 틸팅가 방해되지 않는다.

도 4는 개략적으로 표시되어 있는 LED(2)의 허상(imaginary image)(25)뿐만 아니라, LED(2)로부터 방출된 광자를 위한 최단 및 최장 경로를 갖는 반사 부재(4)의 중립 위치에 대한 광학적 도면을 나타낸다.

도 5는 포토다이오드(6, 7, 8, 9)를 덮는 반사된 광원뿔(26)의 윤곽을 나타내고, 포토다이오드(6, 7)는 x-방향을 분석하고, 포토다이오드(8, 9)는 y-방향을 분석한다. 포토다이오드(6, 7)에 의해 수신된 광강도는 연산 증폭기(27)로 입력되는데, 완벽히 중립의 경우, 포토다이오드(6, 7)에 의해 검출된 광강도가 동일하기 때문에, 제로 출력을 제공한다. 포토다이오드(8, 9)에서도 마찬가지로, 연산 증폭기(28)의 출력은 제로이다.

도 6에서, 반사면(5)의 틸팅 위치에 대한 광선도는 광의 분포를 나타내는데, 반사면(5)에 대해 정상적인 광원뿔의 중심축이 16으로 표시되어 있다. 광원뿔의 축(30)과 직교하지 않은 평면에 포토다이오드(6, 7, 8, 9)가 있기 때문에, 작은 틸팅 동작에 대한 뿔의 단면이 타원으로 된다. 이로 인해, 틸팅 방향으로 반사된 이미지의 단면이 더 크게 된다.

도 7에서, 반사된 광원뿔의 윤곽은 29로 표시되어 있고, 이는 명확하게 타원임을 알 수 있다. 초점 즉 광원뿔의 축이 분석면(resolving plane)을 교차하는 장소가 한쪽으로 시프트한다는 점과, 반사된 광원뿔(29)의 윤곽의 이심률이 중립 위치에서의 제로로부터 증가한다는 점 때문에, 포토다이오드(6)는 포토다이오드(7)보다 많은 광을 검출하고, 이에 따라 양쪽의 신호가 연산 증폭기(27)로 공급됨으로써 반사 부재(4)의 틸팅각에 비례하는 비제로(non-zero) 신호를 야기한다. 광원뿔의 시프트로 인해, 뿔이 중심 위치에서 벗어남으로써, 양쪽의 검출기(8, 9)는 보다 적은 광을 검출하지만, 동시에 양쪽 모두 y-방향을 분석하는 연산 증폭기(28)의 출력은 제로를 유지한다.

도 8에서, 포토다이오드(6, 7)를 포함하는 표면 상에서 반사된 광원뿔의 이미지의 직경을 31로 표시한다. 광원 또는 LED(2)가 점광원이면, 모든 에너지는 그 원점에서 광원을 갖는 구면파로 나온다. 중립 위치에서, 광원뿔의 개각(opening angle)은, 반사면(5) 상에서 LED(2)로부터 최심 위치까지 나가는 광선 사이의 각으로서, LED(2)의 허상(25)으로부터 미러의 최심 위치까지의 개각과 동일하다.

도 9는 중립 위치의 반사 부재(4)가 검출기를 향해서 시프트되는 것(액티브 "마우스 클릭")을 나타낸다. 포토다이오드(6, 7, 8, 9)를 포함하는 표면 상에서 반사된 광원뿔의 이미지의 직경을 32로 표시하고, 이는 도 8에서와 동일하다. 광선도에 의하면, 현재 개각은 이전보다 크다. 또한, 현재 LED(2)의 허상(25)은 검출면에 보다 가깝다. 구형 전체에 대해서 에너지를 고르게 분배하는 구면파인 광이 방출되기 때문에, 단위 면적은 광원에 가까워지면 보다 많은 에너지를 검출한다. 구형 전체에 대해서 분배된 강도는 동일하게 유지되지만, 단위 영역당 1/r²로 비례하여 떨어진다. 이로 인해, 포토다이오드(6, 7, 8, 9) 상에서 검출된 광강도가 전체적으로 증가한다. 이를 전자적으로 검출하기 위해서는, 틸팅 동작의 검출에 대한 경우와 같이, 연산 증폭기를 이용하여 상기 데이터를 분석하기보다는 포토다이오드(6, 7, 8, 9)가 검출하는 실제 강도를 판독해야 한다.

마지막으로, 상기한 실시예를 본 발명을 제한하는 것이 아니라 설명하는 것이며, 당업자라면, 첨부된 청구항에 의해 규정되는 발명의 범위를 벗어나지 않고서 다른 다수의 실시예를 설계할 수 있음을 유의해야 한다. 청구항에서, 괄호 안에 들어간 임의의 참조 기호는 청구항을 제한하는 것으로 이해해서는 안된다. "포함하다"의 단어와 그것의 활용은 전체적으로 임의의 청구항 또는 명세서에서 열거된 것 이외의 요소 또는 단계의 존재를 배제하지 않는다. 요소의 단수적으로 참조하는 것은 상기와 같은 요소를 복수적으로 참조하는 것을 배제하지 않고, 그 반대도 마찬가지이다. 복수의 수단을 열거하는 장치 청구항에서, 이들 복수의 수단은 소프트웨어 또는 하드웨어 중 하나 및 동일한 아이템에 의해 구체화될 수 있다. 단지 서로 상이한 종속 청구항에서 특정한 수단이 인용되고 있다는 점이, 이들 수단의 조합이 효과적으로 사용될 수 없음을 의미하지는 않는다.

Claims

전자 장치의 입력 장치에 있어서,
상기 입력 장치는,
제 1 방향으로 광빔을 방출하는 광원(2)과,
상기 광빔을 반사하는 반사 부재(4)와,
상기 제 1 방향을 가로지르는 적어도 하나의 축 주위에서 상기 반사 부재(4)의 틸팅을 가하게 하는 수단과,
반사되는 상기 광빔을 검출하고, 상기 광빔이 반사되는 제 2 방향에서 검출된 광빔의 광강도에 대응하는 전기 신호를 출력하는 적어도 하나의 검출기(6, 7, 8, 9)와,
적어도 하나의 상기 전기 신호로부터 위치 신호를 유도하도록 구성된 전자 회로
를 포함하고,
상기 반사 부재(4)의 틸팅을 가하게 하는 수단은, 슬라이딩 관계로 서로 연동하는 적어도 하나의 볼록면과 적어도 하나의 오목면을 구비하여, 상기 반사 부재(4)의 틸팅을 가하게 하는 제 1 베어링(12)을 포함하는
입력 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 틸팅을 가하게 하는 수단은, 슬라이딩 관계로 서로 연동하는 적어도 하나의 볼록면(19)과 적어도 하나의 오목면(20)을 갖는 제 2 베어링(18)을 포함하는
입력 장치.
제 2 항에 있어서,
상기 제 2 베어링(18)은 상기 제 1 베어링(12)보다 큰 직경을 갖는
입력 장치.
제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
상기 제 1 베어링(12) 및 제 2 베어링(18)은 공통의 베어링 부재(15)를 포함하고,
상기 공통의 베어링 부재(15)는, 상기 반사 부재(4)의 일부분에 배치된 상기 볼록면과 연동하는 상기 제 1 베어링(12)의 상기 오목면을 포함하고, 상기 반사 부재(4)의 일부분에 배치된 상기 오목면(20)과 연동하는 상기 제 2 베어링(18)의 상기 볼록면(19)을 더 포함하는
입력 장치.
제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
상기 제 1 베어링(12) 및 상기 제 2 베어링(18)은 중심이 동일하게 배치되는
입력 장치.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 연동하는 면(19, 20)은 원통형인
입력 장치.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 연동하는 면은 구형인
입력 장치.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제 1 방향으로 배향된 축(30)의 둘레로 상기 반사 부재(4)의 회전을 방지하기 위한 꼬임 방지부(anti-twist protection)를 포함하는
입력 장치.
제 8 항에 있어서,
상기 꼬임 방지부는, 회전적으로(rotationally) 고정된 홈(recess) 또는 핀(pin)과 각각 연동하는 상기 반사 부재(4)의 일부인 적어도 하나의 핀 또는 홈으로서 설계되어 있는
입력 장치.
제 8 항에 있어서,
상기 제 1 베어링(12)과 상기 제 2 베어링(18) 중 적어도 하나의 상기 연동하는 면(19, 20)은 상기 제 1 방향에서 보아서 비원형의 둘레를 형성하여 상기 꼬임 방지부를 형성하는
입력 장치.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 반사 부재(4)가 상기 제 1 방향을 가로지르는 상기 적어도 하나의 축의 둘레에서 틸팅된 후에 중립 위치로 되게 하기 위해, 상기 반사 부재(4)와 연동하는 탄성 부재(23)를 포함하는
입력 장치.
제 11 항에 있어서,
상기 탄성 부재(23)는 상기 반사 부재(4)와 상기 베어링 부재(15) 사이에 배치되는
입력 장치.
제 11 항 또는 제 12 항에 있어서,
상기 탄성 부재(23)는 리프 스프링(leaf spring)인
입력 장치.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 검출기(6, 7, 8, 9)를 향한 방향으로 상기 반사 부재(4)를 시프트시킬 수 있게 하는 수단을 포함하는
입력 장치.
제 14 항에 있어서,
상기 시프트시킬 수 있게 하는 수단은, 상기 베어링 부재(15)에서 함몰부(material diminution)(24)로서 설계되고, 상기 함몰부(24)는 탄성적으로 휨 가능한 영역을 형성하는
입력 장치.
제 15 항에 있어서,
상기 함몰부(24)는, 상기 베어링 부재(15)의 내부 영역(14)과 외부 영역 사이에 배치되어, 상기 내부 영역(14)을 상기 검출기(6, 7, 8, 9)를 향해서 아래쪽으로 구부릴 수 있도록 하는
입력 장치.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 반사 부재(4)의 틸팅 동작을 제한하는 수단을 포함하는
입력 장치.
제 17 항에 있어서,
틸팅 동작을 제한하는 상기 수단은, 상기 반사 부재(4)의 표면과 마주보고 있는 상기 베어링 부재의 적어도 하나의 경사진 접합면(abutment surface)을 포함하는
입력 장치.
청구항 1 내지 청구항 18 중 어느 한 항에 기재된 입력 장치를 포함하는 이동 전자 장치.