KR20110080549A - 광학식 입력 장치 및 그의 제어 방법 - Google Patents

광학식 입력 장치 및 그의 제어 방법 Download PDF

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KR20110080549A
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길도현
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김기철
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엘지이노텍 주식회사
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Abstract

본 발명은 광학식 입력 장치 및 그의 제어 방법에 관한 것이다.
즉, 본 발명의 광학식 입력 장치는 광을 공급하는 광 공급부와; 상기 광 공급부에서 공급된 광이 전달되고, 물리적인 접촉에 상기 광이 광학적으로 변화되는 광 전달부와; 상기 광 전달부에서 광학적으로 변화되는 광을 감지하는 광 감지부를 포함하여 구성된다.

Description

광학식 입력 장치 및 그의 제어 방법 { Optical input device and method for controlling the same }
본 발명은 기계적 입력 방식을 대체할 수 있는 광학식 입력 장치 및 그의 제어 방법에 관한 것이다.
최근 전자 기기의 컨버젼스화 경향으로 인해 하나의 기기에서 구현되는 기능들이 증가하고 있다.
다양한 기능들을 구현하기 위해서 전자 기기의 물리적인 요구 공간은 증가하는 것이 일반적이다.
따라서, 전자 기기에서 최대의 공간을 확보하고 미려한 디자인을 구현하기 위하여, 개발자들은 전자 기기의 전면부 전체에 LCD와 같은 디스플레이 영역이 위치하도록 전자 기기를 설계하는 경우가 많다.
그리고, 전자 기기의 소형화에 따라 접촉 입력 장치를 통해 사용자의 입력을 인식하는 전자 기기가 늘어나고 있으며, 특히 표시 화면에 입력 기능을 탑재한 터치스크린 패널은 휴대용 전자 기기를 포함한 다양한 장치에 적용되고 있다.
또한, 개발자들은 기존에 디스플레이 장치의 전면 또는 측면에 위치했던 입력 장치(버튼, 스위치, 휠)를 터치 스크린과 같은 입력 장치로 대체하고 있다.
본 발명은 기계적 입력 방식을 대체할 수 있는 과제를 해결하는 것이다.
본 발명은,
광을 공급하는 광 공급부와;
상기 광 공급부에서 공급된 광이 전달되고, 물리적인 접촉에 상기 광이 광학적으로 변화되는 광 전달부와;
상기 광 전달부에서 광학적으로 변화되는 광을 감지하는 광 감지부를 포함하는 광학식 입력 장치가 제공된다.
본 발명은,
광 공급부에서 광 전달부로 광을 공급하는 단계와;
상기 광 공급부에서 공급된 광을 상기 광 전달부에서 전달하는 단계와;
상기 광 전달부에 물리적인 접촉을 인가하는 단계와;
상기 물리적인 접촉으로 상기 광 전달부에 전달되는 광이 광학적으로 변화되는 것을 광 감지부에서 감지하는 단계를 포함하는 광학식 입력 장치의 제어 방법이 제공된다.
본 발명의 광학식 입력 장치는 광 전달부에 인가되는 물리적인 접촉에 대하여 광의 광학적인 변화를 감지하여 광학적인 방식에 의해 입력(Input) 동작이 구현됨으로써, 기계적 입력 방식을 대체할 수 있는 효과가 있다.
또, 본 발명의 광학식 입력 장치는 간단한 구성에 의해 휴대폰 사이드 버튼, 전등 스위치, 자동차 파워 윈도우 버튼, 각종 전자제품의 입력 버튼, 엘레베이터 버튼 등으로 활용될 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 광학식 입력 장치는 광 전달부, 광 공급부 및 광 감지부가 동일 평면에 존재하도록 구성하여, 광학식 입력 장치의 두께를 줄일 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 광학식 입력 장치(Optical input device)의 개략적인 단면도
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 광학식 입력 장치의 일례를 설명하기 위한 개략적인 사시도
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 광학식 입력 장치의 광 전달부의 다른 예를 설명하기 위한 개략적인 사시도
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 광학식 입력 장치의 광 전달부의 또 다른 예를 설명하기 위한 개략적인 단면도
도 5a와 도 5b는 본 발명의 실시예에 따라 적용된 광 전달부에 광학적인 부가층이 형성된 상태를 도시한 개략적인 단면도
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 광학식 입력 장치의 광 전달부에 흡수체가 형성된 상태를 도시한 개략적인 단면도
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 광학식 입력 장치의 광 전달부에 반사체가 형성된 상태를 도시한 개략적인 단면도
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 광학식 입력 장치의 광 전달부에 칼라 차단 필터가 형성된 상태를 도시한 개략적인 단면도
도 9a와 도 9b는 본 발명의 실시예에 따른 광학식 입력 장치의 광 전달부에 요철 패턴이 형성된 상태를 도시한 개략적인 사시도
도 10은 본 발명의 실시예에 따라 요철 패턴이 형성된 광 전달부를 갖는 광학식 입력 장치의 동작을 설명하기 위한 개략적인 사시도
도 11은 본 발명의 실시예에 따라 요철 패턴이 형성된 광 전달부에 의해 광 전달부 측면에서 광을 감지할 수 있는 것을 설명하기 위한 개략적인 사시도
도 12는 본 발명의 실시예에 따라 요철 패턴이 형성된 광 전달부에 의해 광 전달부 측면에서 광을 감지할 수 있는 것을 설명하기 위한 개략적인 도면
도 13은 본 발명의 실시예에 따라 광 전달부에 형광 물질막이 형성된 상태를 설명하기 위한 개략적인 단면도
도 14a와 도 14b는 본 발명의 실시예에 따라 광 전달부에 복수개의 형광 물질막들이 형성된 상태를 설명하기 위한 개략적인 단면도
도 15는 본 발명의 실시예에 따라 접촉 영역을 정의하는 구조물이 광 전달부에 부착된 상태를 설명하기 위한 개략적인 단면도
도 16은 본 발명의 실시예에 따라 광학식 입력 장치의 제어 방법을 설명하기 위한 흐름도
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 광학식 입력 장치(Optical input device)의 개략적인 단면도이다.
광학식 입력 장치는 광을 공급하는 광 공급부(100)와; 상기 광 공급부(100)에서 공급된 광이 전달되고, 물리적인 접촉에 상기 광이 광학적으로 변화되는 광 전달부(200)와; 상기 광 전달부(200)에서 광학적으로 변화되는 광을 감지하는 광 감지부(300)를 포함하여 구성된다.
상기 광 공급부(100)는 광을 직접 생성하는 광원 또는 외부의 광원에서 방출된 광을 간접적으로 전달하는 광소자로 구성할 수 있다.
그리고, 상기 광 공급부(100)가 광원인 경우, 상기 광원에는 컬러 LED, 백색 LED, UV LED(Ultraviolet Light Emitting Diode), 및 IR LED (Infrared Light Emitting Diode) 등이 포함될 수 있고, 물리, 화학적 반응으로 광을 생성하여 방출할 수 있는 OLED(Organic Light Emitting Diode), CCFL (Cold Cathode Fluorescent Lamp), 전자 종이 등을 포함하는 모든 광공급 수단이 적용될 수 있다.
또, 상기 광 공급부(100)가 광을 간접적으로 전달하는 광소자인 경우, 상기 광소자는 광섬유(Optical fiber)를 포함하지만, 반드시 이에 한정되지 않는다.
그러므로, 광학식 입력 장치는 상기 광 공급부(100)에서 공급된 광이 상기 광 전달부(200)로 전달된다.
여기서, 상기 광 공급부(100)에서 상기 광 전달부(200)로 광이 공급되는 것은, 상기 광 공급부(100)에서 상기 광 전달부(200)로 광이 입사되는 것을 포함한다.
이때, 상기 광 전달부(200)에 물리적인 접촉이 발생되면, 상기 광 전달부(200)로 전달되는 광은 광학적으로 변화된다.
상기 광이 광학적으로 변화되는 것은 물리적인 접촉으로 산란, 반사, 흡수 등의 광학 현상에 의해 상기 광의 량이 증가 또는 감소와 같은 가감(加減)되거나 또는 광 파장의 변화로 정의될 수 있다.
따라서, 본 발명의 광학식 입력 장치는 광 전달부에 물리적인 접촉이 발생되는 경우, 광 전달부에 전달되는 광의 변화를 광 감지부에서 감지하여 입력을 인지할 수 있는 것이다.
그리고, 상기 물리적인 접촉은 외부에서 사용자의 손가락 또는 스타일러스 펜 등으로 접촉하여 입력을 수행하는 것을 지칭하며, 통상적인 터치(Touch)도 포함된다.
또, 상기 입력은 전자 장치의 입력 수단에 적용된 입력 단자를 누름으로 발생된 입력, 터치 스크린을 터치하여 발생된 입력 등을 포함한다.
한편, 상기 광 전달부(200)는 상기 광 공급부(100)에서 공급(즉, 입사)된 광이 전달될 수 있는 매질로 구성된다.
이러한 광 전달부(200)는 구부러질 수 있는 플렉서블(Flexibel)한 매질 또는 하드(Hard)한 매질로 구성할 수 있다.
그리고, 상기 전달부(200)는 도광판, 광섬유 및 고분자 필름 중 하나로 구성할 수 있다.
상기 도광판을 상기 광 전달부(200)로 적용한 경우, 상기 광 공급부(100)에서 공급된 광이 상기 도광판에 전달될 때 전반사하며 진행된다.
여기서, 전반사(Total reflection)란 광이 특정면에서 100% 반사되는 것을 가리킨다. 예컨대, 유리에 부딪히는 광의 입사각이 임계각보다 클 경우 광은 그 유리를 투과하지 못하고 100% 반사된다.
즉, 광이 광학적으로 밀한 매질(굴절률이 큰 물질)에서 소한 매질(굴절률이 작은 물질)로 입사할 때, 입사각이 특정 각도 이상이면 그 경계면에서 광이 전부 반사되어 버리고 굴절광선은 존재하지 않는다. 이것이 전반사이며, 전반사가 일어날 수 있는 입사각의 최소값을 임계각이라 한다.
또, 도 1에는 상기 광 공급부(100)가 상기 광 전달부(200)의 측면에 배치되어 있으나, 상기 광 공급부(100)와 상기 광 전달부(200)의 위치 관계는 이에 한정되지 않는다.
다만, 상기 광 공급부(100)에서 공급된 광은 상기 광 전달부(200)의 측면으로 입사되로록 상기 광 공급부(100)와 상기 광 전달부(200)가 광 정렬되어 있는 것이 좋다.
따라서, 본 발명의 광학식 입력 장치는 광 전달부에 인가되는 물리적인 접촉에 대하여 광의 광학적인 변화를 감지하여 광학적인 방식에 의해 입력(Input) 동작이 구현됨으로써, 기계적 입력 방식을 대체할 수 있는 장점이 있다.
그리고, 본 발명의 광학식 입력 장치는 간단한 구성에 의해 휴대폰 사이드 버튼, 전등 스위치, 자동차 파워 윈도우 버튼, 각종 전자제품의 입력 버튼, 엘레베이터 버튼 등으로 활용될 수 있는 장점이 있다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 광학식 입력 장치의 일례를 설명하기 위한 개략적인 사시도이다.
본 발명의 실시예에서는 광 전달부의 형상은 평판 형상, 와이어 형상, 구부러진 형상, 구 형상 등 자유롭게 설계할 수 있다.
이러한 광 전달부(200)의 형상이 도 2와 같이 평판 형상인 경우, 상기 광 전달부(200) 측면으로 광이 공급되고, 광이 감지되도록 상기 광 전달부(200), 광 공급부(110,120,130) 및 광 감지부(301,302,303)은 동일 평면에 존재하게 구성할 수 있다.
즉, 상기 광 전달부(200)의 일측면으로 광이 공급되도록 광 공급부(110,120,130)를 설치하고, 상기 광 전달부(200)의 일측면과 반대의 타측면으로 방출되는 광을 감지하도록 광 감지부(301.302,303)를 설치한다.
그러므로, 상기 광 공급부(110,120,130)는 광 전달부(200)의 일측면으로 광을 공급하고, 상기 광 전달부(200)의 일측면에 공급된 광은 상기 광 전달부(200)에서 전달된 후, 상기 광 전달부(200)의 타측면으로 방출되며, 이 방출된 광을 상기 광 감지부(301.302,303)가 감지하는 것이다.
이때, 상기 광 전달부(200)에 물리적인 접촉이 이루어지면, 접촉된 광 전달부(200) 영역으로 전달되는 광은 산란, 반사, 흡수 등의 광학 현상에 의해 상기 광의 량이 증가 또는 감소와 같은 가감되거나 또는 광 파장이 변화된다.
따라서, 상기 광 전달부(200)에 물리적인 접촉이 발생되기 전(前)의 광량 또는 광파장과 물리적인 접촉이 발생된 후(後)의 광량 또는 광파장이 다르게 되고, 이 다른 광량 또는 광파장에 의해 물리적인 접촉이 발생되었음을 알 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 광학식 입력 장치는 상기 광 전달부(200)에 복수개의 단위 접촉 영역들을 구비시키고, 이 복수개의 단위 접촉 영역들 각각에서 접촉되는 것을 감지할 수 있다.
그리고, 상기 광 공급부(110,120,130)와 상기 광 감지부(301.302,303)는 복수개로 구성할 수 있으며, 상기 광 공급부(110,120,130) 각각과 상기 광 감지부(301.302,303) 각각은 대응되어 설치될 수 있다.
즉, 상기 '110' 광 공급부는 상기 '301' 광 감지부와 대응되어 있으며, 상기 '110' 광 공급부에서 공급된 광이 상기 광 전달부(200)에서 전달된 후, 상기 '301' 광 감지부로 대부분 감지된다.
그리고, 도 2와 같이, 상기 광 전달부(200)에는 상기 광 공급부(110,120,130)에서 상기 광 감지부(301.302,303)로 연결되는 라인(Line)에 단위 접촉 영역들(261,262,263,264,271,272,273,274,281,282,283,284)이 배열된다.
이때, 상기 '110' 광 공급부에서 상기 '301' 광 감지부로 연결되는 라인에 배열된 단위 접촉 영역들(261,262,263,264)을 제 1 단위 접촉 영역군, 상기 '120' 광 공급부에서 상기 '302' 광 감지부로 연결되는 라인에 배열된 단위 접촉 영역들(271,272,273,274)을 제 2 단위 접촉 영역군, 상기 '130' 광 공급부에서 상기 '303' 광 감지부로 연결되는 라인에 배열된 단위 접촉 영역들(281,282,283,284)을 제 3 단위 접촉 영역군으로 정의하는 경우, 상기 제 1 내지 3 단위 접촉 영역군들 각각에 발생된 접촉은 상기 광 감지부(301.302,303) 각각에서 감지된 광으로 인지할 수 있다.
그러므로, 상기 광 공급부(110,120,130)에서 상기 광 감지부(301.302,303)로 연결되는 라인은 복수개이고, 상기 라인 각각에 대응하여 상기 광 감지부(301.302,303)이 존재한다.
그리고, 후술된 흡수체, 반사체와 같은 부가층, 형광 물질막 등을 포함한 상기 광 전달부(200)과 이질(異質)적인 구조물을 상기 광 전달부(200)에 형성하거나 또는 상기 광 전달부(200)에 형성된 요철 패턴에 의해 상기 제 1 내지 3 단위 접촉 영역군에 부속된 단위 접촉 영역들(261,262,263,264,271,272,273,274,281,282, 283,284) 각각에 접촉이 발생되는 경우, 감지된 광량이 다르거나 광파장이 다르게되어 이를 감지할 수 있게 된다.
여기서, 상기 이질(異質)적인 구조물은 상기 광 전달부(200)와 재료가 다르고, 성분이 다른 재료로 만들어진 구조물로 정의된다.
상기 이질적인 구조물 및 요철 패턴은 상기 광 전달부(200) 전면에 형성될 수 있거나, 국부적인 패턴 형상으로 형성될 수 있다.
상기 이질적인 구조물 및 요철 패턴은 상기 광 전달부(200) 전면에 형성되는 경우, 두께를 조절하여 형성할 수 있다.
여기서, 상기 이질적인 구조물은 다른 이질적인 구조물들과 혼용되어 형성될 수 있으며, 상기 요철 패턴은 패턴의 형상이 다르거나 동일 패턴 형상에서 패턴의 크기를 다르게 형성할 수도 있다.
그러므로, 도 2에 도시된 바와 같이, 제 3 단위 접촉 영역군의 단위 접촉 영역들(281,282,283,284)가 '1','4','7','*'의 버튼으로 설정되어 있다고 가정하면, 상기 '1','4','7','*'의 버튼 각각이 접촉된 후 상기 '303' 광 감지부에서 감지된 광은 다르게 되어 상기 '1','4','7','*'의 버튼 각각의 접촉을 인지할 수 있게 된다.
예컨대, 상기 '1' 버튼에 해당되는 '281'에 접촉되어 '303' 광 감지부에서 감지된 광과 상기 '*'의 버튼에 해당되는 '284'에 접촉되어 '303' 광 감지부에서 감지된 광은 다르게 되어, 상기 '1' 버튼이 접촉된 것과 상기 '*'의 버튼이 접촉된 것을 알 수 있는 것이다.
따라서, 본 발명의 실시예에 따른 광학식 입력 장치는 상기 광 전달부(200), 광 공급부(110,120,130) 및 광 감지부(301,302,303)가 동일 평면에 존재하도록 구성하여, 광학식 입력 장치의 두께를 줄일 수 있는 장점이 있는 것이다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 광학식 입력 장치는 상기 광 감지부가 '상기 광 전달부(200)의 상부, 측면, 하부에 위치될 수 있거나, 이들이 조합되어 위치될 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 광학식 입력 장치의 광 전달부의 다른 예를 설명하기 위한 개략적인 사시도이다.
광 전달부(200)는 코어층(210)과; 상기 코어층(210)을 감싸는 클래드층(211)으로 이루어진 광섬유 또는 광도파로로 구성할 수 있는데, 상기 광섬유 또는 광도파로의 클래드층(211)의 일부 영역은 제거되어 상기 코어층(210) 일부 영역이 노출되도록 구성할 수 있다.
상기 노출된 코어층(210) 일부 영역에 물리적인 접촉이 이루어진다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 광학식 입력 장치의 광 전달부의 또 다른 예를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
광 전달부(200)의 재질은 투명한 물질로 적용할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
그리고, 상기 광 전달부(200)에는 형광체(250), 안료, 염료 중 하나가 분산되어 구성될 수 있다.
즉, 상기 광 전달부(200)에 형광체(250), 안료, 염료 중 하나를 분산시켜 구성하는 경우, 시각적으로 심미감을 제공할 수 있다.
상기 염료 및 안료는 상기 광 전달부(200)의 색상을 결정할 수 있고, 상기 형광체(250)는 상기 광 전달부(200)에서 전달되는 광의 파장을 전환시킬 수 있게 된다.
도 5a와 도 5b는 본 발명의 실시예에 따라 적용된 광 전달부에 광학적인 부가층이 형성된 상태를 도시한 개략적인 단면도이다.
광 전달부(200)에 인가되는 물리적인 접촉으로 상기 광 전달부(200)로 전달되는 광이 광학적으로 변화가 발생되는 것을 더 증대시키기 위한 광학적인 부가층(500)이 상기 광 전달부(200)에 형성될 수 있다.
상기 부가층(500)은 물리적인 접촉이 이루어지는 상기 광 전달부(200) 면(面)(201)에 도 5a와 같이 형성될 수 있다.
또는, 도 5b에 도시된 바와 같이, 상기 부가층(500)은 물리적인 접촉이 이루어지는 상기 광 전달부(200) 면(201)의 반대면(202)에 형성될 수 있다.
이러한 광학적인 변화는 전술된 바와 같이, 산란, 반사, 흡수 등의 광학 현상에 의해 상기 광의 량이 증가되거나 또는 감소되거나, 또는 광 파장이 변화되는 것이다.
즉, 상기 부가층(500)은 흡수체 또는 반사체(Reflector)로 구성될 수 있다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 광학식 입력 장치의 광 전달부에 흡수체가 형성된 상태를 도시한 개략적인 단면도이다.
이 도 6은 물리적인 접촉이 이루어지는 광 전달부(200)의 면(201)에 흡수체(510)가 형성되어 있다.
광 공급부(100)에서 공급된 광이 상기 광 전달부(200)로 공급되어 상기 광 전달부(200)에서 전반사되어 진행될 때, 상기 광 전달부(200)에 물리적인 접촉이 발생되면, 상기 광 전달부(200)에서 전반사되어 진행되는 광은 상기 물리적인 접촉이 발생된 상기 광 전달부(200) 영역(B)에서 흡수된다.
상기 광 전달부(200) 영역(B)에서 흡수되는 것을 광 감지부(300)는 감지하여 물리적인 접촉에 대한 입력을 인지할 수 있는 것이다.
한편, 상기 흡수체(510)가 상기 광 전달부(200)에 형성되어 있으면, 상기 흡수체(510)는 상기 물리적인 접촉으로 상기 광 전달부(200)로 진행되는 광을 흡수하므로, 상기 광 전달부(200)로 진행되는 광의 전체 량은 감소된다.
그러므로, 본 발명은 상기 광 전달부(200)로 진행되는 광의 전체 량이 감소되는 것을 상기 광 전달부(200)가 감지하여 물리적인 접촉에 대한 입력을 인지할 수도 있는 것이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 광학식 입력 장치의 광 전달부에 반사체가 형성된 상태를 도시한 개략적인 단면도이다.
물리적인 접촉이 이루어지는 광 전달부(200)의 면(201)에 반사체(520)가 도 7과 같이 형성되어 있는 경우, 상기 광 전달부(200)에 물리적인 접촉이 발생되면, 상기 광 전달부(200)에서 전반사되어 진행되는 광은 상기 물리적인 접촉이 발생된 상기 광 전달부(200) 영역(C)에서 반사된다.
결국, 상기 광 전달부(200) 영역(C)에서 반사되는 광을 광 감지부(300)는 감지하여 물리적인 접촉에 대한 입력을 인지할 수 있는 것이다.
이러한, 반사체(520)에서 반사된 것을 상기 광 감지부(300)가 감지 또는 검출할 수 있지만, 상기 반사체(520)에서 반사된 광량에 의해 상기 광 전달부(200) 내부에서 전반사되어 진행되는 광량이 감소되는 것을 상기 광 감지부(300)가 감지 또는 검출할 수 있다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 광학식 입력 장치의 광 전달부에 칼라 차단 필터가 형성된 상태를 도시한 개략적인 단면도이다.
본 발명의 광학식 입력 장치는 광 전달부(200)의 면(201)에 칼라 필터(550)가 형성될 수 있다.
상기 칼라 필터(550)는 상기 광 공급부(100)에서 공급된 광의 파장을 갖는 광은 투과하고, 그 광의 파장 이외의 파장을 갖는 광은 차단한다.
즉, 상기 광 공급부(100)에서 특정 파장의 광(D2)이 상기 광 전달부(200)로 전달될 때, 외부에서 상기 광 전달부(200)로 상기 특정 파장의 광(D2) 및 상기 특정 파장의 광 이외의 파장을 갖는 광(D1)이 입사된다.
이때, 상기 광 전달부(200)로 상기 특정 파장의 광 이외의 파장을 갖는 광(D1)이 입사되어 상기 광 전달부(200)에 전달되는 특정 파장의 광(D2)과 혼색되는 경우, 광 감지부(미도시)에서 물리적인 접촉에 의해 발생된 광의 광학적인 변화에 영향을 인가할 수 있어, 오류가 발생될 수 있다.
따라서, 본 발명은 광 전달부로 전달되는 광에 영향을 인가하지 않도록 칼라 필터를 구비함으로써, 물리적인 접촉에 따른 입력을 정확하게 감지할 수 있게 된다.
그리고, 상기 칼라 필터(550)는 적색, 녹색, 청색광 중 하나를 투과시키고 다른 광은 차단하는 필터로 구성될 수 있으며, 외광 자체를 차단하기 위하여 검은색 코팅막으로 대체될 수도 있다.
이로써, 본 발명의 광학식 입력 장치는 광 전달부에 칼라 필터 및 검은색 코팅막을 형성하여, 외광에 의한 감지 노이즈를 최소화시킬 수 있다.
도 9a와 도 9b는 본 발명의 실시예에 따른 광학식 입력 장치의 광 전달부에 요철 패턴이 형성된 상태를 도시한 개략적인 사시도이다.
광학식 입력 장치의 광 전달부(200)에는 요철 패턴(230)이 형성될 수 있다.
상기 요철 패턴(230)은 광 감지부에서 감지되는 광량의 가감을 조절하기 위해 형성되는 것으로, 광학적 특성 변화를 의도하는 패턴이다.
그리고, 상기 요철 패턴(230)은 양각 또는 음각 또는 이 둘의 조합으로 이루어질 수 있다.
도 9a는 상기 광 전달부(200) 상부면에 요철 패턴(230)이 형성되어 있는 구조이고, 도 9b는 상기 광 전달부(200) 하부면에 요철 패턴(230)이 형성되어 있는 구조이다.
상기 요철 패턴(230)은 구형, 렌즈, 프리즘, 피라미드, 타원, 원뿔, 원통 형상 중 적어도 하나 이상의 조합으로 다양한 패턴을 구현할 수 있다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따라 요철 패턴이 형성된 광 전달부를 갖는 광학식 입력 장치의 동작을 설명하기 위한 개략적인 사시도이다.
광 전달부(200)에 형성된 요철 패턴(230)은 광 감지부에서 감지되는 광량의 가감을 조절할 수 있다.
예컨대, 도 10과 같이, 상기 광 전달부(200)가 제 1 영역 내지 제 3 영역으로 구분되어 있다고 가정하고, 상기 제 1 영역에는 요철 패턴을 형성하지 않고, 상기 제 2 영역에는 두 개의 소(小) 영역(231,232)에 요철 패턴을 형성하고, 상기 제 3 영역에는 4 개의 소 영역(233,234,235,236)에 요철 패턴을 형성한다.
그리고, 상기 제 1 영역 내지 제 3 영역 각각에 대응되는 상기 광 전달부(200) 하단에 광 감지부들(310,320,330)을 위치시키고, 광 공급부(100)는 상기 광 전달부(200) 측면에 위치시킨다.
또, 상기 광 전달부(200)는 도광판으로 구성한다.
이렇게 구성된 광학식 입력 장치는 상기 광 공급부(100)에서 광이 상기 광 전달부(200)로 공급되면, 상기 광 전달부(200)에서 전반사되면서 진행된다.
상기 광 전달부(200)에 물리적인 접촉이 발생되면, 전반사하는 광의 입사각이 전반사의 임계값을 벗어나게 되어, 상기 광 감지부들(310,320,330)에서 광을 감지할 수 있다.
이때, 상기 광 전달부(200)의 상기 제 1 영역에 물리적인 접촉이 발생되면 상기 제 1 영역에서는 물리적인 접촉 면적 또는 압력에 의존하여 전반사의 임계값을 벗어나는 제 1 광량이 발생된다.
그리고, 상기 광 전달부(200)의 상기 제 2 영역과 제 3 영역에서는 요철 패턴에 의해 전반사의 임계값을 벗어나는 광량과 물리적인 접촉 면적 또는 압력에 의존하여 전반사의 임계값을 벗어나는 광량이 가산(加算)되어 제 2 광량 및 제 3 광량이 발생된다.
그러므로, 상기 제 1 영역에 물리적인 접촉이 발생되면 상기 제 1 영역의 하단에 있는 '310' 광 감지부는 상기 제 1 광량을 감지하고, 상기 제 2 영역에 물리적인 접촉이 발생되면 상기 제 2 영역의 하단에 있는 '320' 광 감지부는 상기 제 2 광량을 감지하며, 상기 제 3 영역에 물리적인 접촉이 발생되면 상기 제 3 영역의 하단에 있는 '330' 광 감지부는 상기 제 3 광량을 감지한다.
여기서, 상기 요철 패턴이 많이 형성되어 있으면, 전반사의 임계값을 벗어나는 광량이 증가됨으로, 물리적인 접촉 면적 또는 압력이 동일한 경우, 상기 제 1 광량 보다는 제 2 광량이 크고, 제 2 광량보다는 제 3 광량이 크다.
따라서, 상기 광 감지부들(310,320,330)이 감지된 광량에 의해 상기 제 1 영역 내지 제 3 영역 중 어느 영역에 물리적인 접촉이 발생되었는지를 알 수 있다.
이러한 요철 패턴(230)은 광 감지부에서 감지되는 광량의 가감을 조절할 수 있도록 상기 광 전달부(200)에 다양하게 형성될 수 있는 것이다.
그리고, 상기 요철패턴(230)의 밀도 또는 형상을 조절함으로써, 상기 광 감지부에서 감지되는 광량의 가감을 조절할 수 있다.
또한, 상기 요철패턴(230)의 밀도 또는 형상을 조절함으로써, 상기 광 전달부(200) 내부의 전반사되는 광의 량을 변화시킬 수 있다.
한편, 상기 광 전달부(200) 일측에 광 공급부(100)를 위치시키고, 상기 일측의 반대측인 상기 광 전달부(200)의 타측에 광 감지부를 위치시켜, 상기 광 공급부(100)에서 상기 광 전달부(200)로 공급된 광이 물리적인 접촉에 의해 광량의 증가 또는 감소를 상기 광 감지부에서 감지할 수 있도록 구성할 수 있다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따라 요철 패턴이 형성된 광 전달부에 의해 광 전달부 측면에서 광을 감지할 수 있는 것을 설명하기 위한 개략적인 사시도이다.
본 발명의 실시예는 광 전달부(200)가 사각 판(Plate) 형상인 경우, 상기 광 전달부(200)에 요철 패턴(237)을 형성하여, 광 공급 및 광 감지를 상기 사각 판 형상의 광 전달부(200) 측면에서 수행할 수 있다.
즉, 상기 광 전달부(200)의 제 1 측면(207a)으로 광을 공급시키고, 상기 제 1 측면(207a)와 수직한 제 2 측면(207b)로 광을 감지할 수 있도록 구성할 수 있다.
더 상세하게 설명하면, 도 12와 같이, 상기 광 전달부(200)에 물리적인 접촉으로 산란, 반사 등의 광학 현상에 의해 발생된 광을 상기 요철 패턴(237)에서 반사시키면, 상기 광 전달부(200) 측면에 위치된 광 감지부(300)에서 반사된 광을 감지할 수 있는 것이다.
도 13은 본 발명의 실시예에 따라 광 전달부에 형광 물질막이 형성된 상태를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
광 전달부(200)에 형광 물질막(570)이 형성될 수 있다.
상기 형광 물질막(570)은 상기 광 전달부(200)에 물리적인 접촉이 이루어지는 광 전달부(200) 면(面)의 반대에 있는 광 전달부(200) 면에 형성되는 것이 좋다.
즉, 상기 형광 물질막(570)은 상기 광 전달부(200)로 전달되는 광의 파장을 전환시켜 상기 광 전달부(200)에 공급되는 광(a1)과 다른 파장을 갖는 광(a2)를 광 감지부에서 감지할 수 있게 된다.
도 14a와 도 14b는 본 발명의 실시예에 따라 광 전달부에 복수개의 형광 물질막들이 형성된 상태를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
형광 물질막이 광 전달부(200)와 이격되어 위치될 수 있으며, 상기 형광 물질막은 복수개의 형광 물질 영역들(571,572,573)로 분리되어 있다.
그리고, 상기 복수개의 형광 물질 영역들(571,572,573) 각각은 다른 파장의 광을 전환시키는 형광 물질로 이루어질 수 있다.
그리고, 상기 복수개의 형광 물질 영역들(571,572,573)로 물리적인 접촉이 발생되고, 물리적인 접촉이 발생된 형광 물질 영역은 상기 광 전달부(200)를 가압하게 되어 상기 광 전달부(200)로 전달되는 광이 전반사되는 것을 해제시킴과 동시에 광의 파장을 전환시키게 된다.
그러므로, 광 감지부(300)는 파장 전환된 광을 감지할 수 있게 된다.
도 14a에 도시된 바와 같이, 상기 광 전달부(200)의 일측에 광 공급부(100)가 위치되어 있고, 상기 일측과 반대의 상기 광 전달부(200)의 타측에 광 감지부(300)가 위치되어 있으며, 상기 복수개의 형광 물질 영역들(571,572,573)로 분리되어 있는 형광 물질막이 상기 광 전달부(200)와 이격되어 위치되어 있는 구조에서, 상기 광 공급부(100)에서 자외선(U)이 상기 광 전달부(200)로 공급되면, 상기 광 감지부(300)는 자외선(U)을 감지하게 된다.
상기 광 감지부(300)에서 자외선(U)만 감지되는 경우, 상기 형광 물질막에 물리적인 접촉이 이루어지지 않은 상태이다.
또, 도 14b와 같이, '571' 형광 물질 영역이 적색 형광 물질 영역이고, '572' 형광 물질 영역이 녹색 형광 물질 영역이고, '573' 형광 물질 영역이 청색 형광 물질 영역일 때, 상기 '571' 적색 형광 물질 영역에 물리적인 접촉이 이루어지면, 상기 광 전달부(200)로 전달되는 자외선(U)과 파장 전환된 적색광(R)이 상기 광 감지부(300)에서 감지된다.
그러므로, 상기 '571' 적색 형광 물질 영역에 물리적인 접촉이 이루어졌을 인지할 수 있게 된다.
도 15는 본 발명의 실시예에 따라 접촉 영역을 정의하는 구조물이 광 전달부에 부착된 상태를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
광 전달부(200)에는 복수개의 개구들(581,582)이 구비된 구조물(580)이 부착될 수 있다.
상기 구조물(580)에는 복수개의 개구들(581,582)이 형성되어 있으며, 상기 복수개의 개구들(581,582) 각각은 물리적인 접촉 영역으로 정의된다.
예컨대, 상기 구조물(580)이 마이크로 렌즈 어레이(Micro Lens Array, MLA)인 경우, 상기 구조물(580)에 물리적인 접촉이 발생되더라도 상기 광 전달부(200)에서 전달되는 광이 광학적으로 변화되지는 않는다.
반면에, 상기 구조물(580)의 복수개의 개구들(581,582) 각각에 노출된 상기 광 전달부(200) 영역에 물리적인 접촉이 발생되면, 상기 광 전달부(200)에서 전달되는 광이 광학적으로 변화된다.
따라서, 상기 구조물(580)에 형성된 복수개의 개구들(581,582) 각각은 물리적인 접촉 영역으로 정의된다.
즉, 도 15에 도시된 바와 같이, '581' 개구는 제 1 접촉 영역이 되고, '582' 개구는 제 2 접촉 영역이 되는 것이다.
도 16은 본 발명의 실시예에 따라 광학식 입력 장치의 제어 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
먼저, 광 공급부에서 광 전달부로 광을 공급한다.(S100단계)
그 후, 상기 광 공급부에서 공급된 광을 상기 광 전달부에서 전달한다.(S110단계)
이어서, 상기 광 전달부에 물리적인 접촉을 인가한다.(S120단계)
계속, 상기 물리적인 접촉으로 상기 광 전달부에 전달되는 광이 광학적으로 변화되는 것을 광 감지부에서 감지한다.(S130단계)
전술된 바와 같이, 상기 광이 광학적으로 변화되는 것은 물리적인 접촉으로 산란, 반사, 흡수 등의 광학 현상에 의해 상기 광의 량이 증가 또는 감소와 같은 가감되거나 또는 광 파장이 변화되는 것이다.
이때, 상기 물리적인 접촉 면적 또는 압력에 비례하여 상기 광 감지부에서 감지되는 광량이 증가되거나 또는 광세기가 커지도록 구현하는 것이 좋다.
본 발명은 구체적인 예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.

Claims (28)

  1. 광을 공급하는 광 공급부와;
    상기 광 공급부에서 공급된 광이 전달되고, 물리적인 접촉에 상기 광이 광학적으로 변화되는 광 전달부와;
    상기 광 전달부에서 광학적으로 변화되는 광을 감지하는 광 감지부를 포함하는 광학식 입력 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 광 공급부는,
    광을 직접 생성하는 광원 또는 외부의 광원에서 방출된 광을 간접적으로 전달하는 광소자로 이루어진 광학식 입력 장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 광원은,
    컬러 LED, 백색 LED, UV LED(Ultraviolet Light Emitting Diode), 및 IR LED (Infrared Light Emitting Diode) 중 하나인 광학식 입력 장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 광이 광학적으로 변화되는 것은,
    상기 물리적인 접촉으로 산란, 반사, 흡수 중 하나에 의해 상기 광의 량이 증가 또는 감소되는 것인 광학식 입력 장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 광이 광학적으로 변화되는 것은,
    상기 물리적인 접촉으로 광 파장의 변화되는 것인 광학식 입력 장치.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 광 감지부는,
    상기 광 전달부의 상부, 측면, 하부 중 하나의 위치 또는 이들이 조합된 위치에 있는 광학식 입력 장치.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 광 전달부는,
    도광판, 광섬유 및 고분자 필름 중 하나로 이루어진 광학식 입력 장치.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 광 전달부는,
    형광체, 안료, 염료 중 하나가 분산되어 있는 광학식 입력 장치.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 광 전달부에,
    상기 흡수체 또는 반사체(Reflector)가 더 형성되어 있는 광학식 입력 장치.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 광 전달부에 칼라 필터가 더 형성되어 있는 광학식 입력 장치.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 칼라 필터는,
    상기 광 공급부에서 공급된 광의 파장을 갖는 광은 투과하고, 그 광의 파장 이외의 파장을 갖는 광은 차단하는 광학식 입력 장치.
  12. 청구항 1에 있어서,
    상기 광 전달부에,
    요철 패턴이 더 형성되어 있는 광학식 입력 장치.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 요철 패턴은,
    양각 또는 음각 또는 이 둘의 조합으로 이루어진 광학식 입력 장치.
  14. 청구항 12에 있어서,
    상기 요철 패턴은,
    구형, 렌즈, 프리즘, 피라미드, 타원, 원뿔, 원통 형상 중 적어도 하나 이상의 조합으로 이루어진 광학식 입력 장치.


  15. 청구항 1에 있어서,
    상기 광 전달부는,
    사각 판(Plate) 형상이고,
    상기 광 전달부의 제 1 측면에 상기 광 공급부가 위치되고,
    상기 제 1 측면와 수직한 제 2 측면에 상기 광 감지부가 위치되며,
    상기 광 전달부에 물리적인 접촉으로 발생된 광을 상기 광 감지부로 반사시키는 요철 패턴이 상기 광 전달부에 더 형성되어 있는 광학식 입력 장치.
  16. 청구항 1에 있어서,
    상기 광 전달부에 형광 물질막이 더 형성되어 있는 광학식 입력 장치.
  17. 청구항 1에 있어서,
    상기 광 감지부의 일측에 상기 광 전달부가 위치되어 있고,
    상기 일측과 반대의 상기 광 전달부의 타측에 광 감지부가 위치되어 있으며, 복수개의 형광 물질 영역들로 분리되어 있는 형광 물질막이 상기 광 전달부와 이격되어 위치되어 있는 광학식 입력 장치.
  18. 청구항 17 있어서,
    상기 광 공급부에서 공급되는 광은,
    자외선인 광학식 입력 장치.
  19. 청구항 1에 있어서,
    상기 광 전달부에 복수개의 개구들이 구비된 구조물이 더 부착되어 있고,
    상기 복수개의 개구들 각각은 물리적인 접촉 영역으로 정의되는 광학식 입력 장치.
  20. 청구항 1에 있어서,
    상기 광 전달부, 광 공급부 및 광 감지부는 동일 평면에 존재하는 광학식 입력 장치.
  21. 청구항 1에 있어서,
    상기 광 전달부의 일측면으로 광이 공급되도록 광 공급부가 설치되어 있고, 상기 광 전달부의 일측면과 반대의 타측면으로 방출되는 광을 감지하도록 광 감지부가 설치되어 있는 광학식 입력 장치.
  22. 청구항 21에 있어서,
    상기 광 공급부와 상기 광 감지부는 복수개로 구성된 광학식 입력 장치.
  23. 청구항 1에 있어서,
    상기 광 전달부에 복수개의 단위 접촉 영역들이 구비되어 있고,
    상기 복수개의 단위 접촉 영역들은,
    상기 광 공급부에서 상기 광 감지부로 연결되는 라인(Line)에 배열되어 있는 광학식 입력 장치.
  24. 청구항 1에 있어서,
    상기 라인은 복수개이고,
    상기 라인 각각에 대응하여 광 감지부가 존재하는 광학식 입력 장치.
  25. 청구항 1에 있어서,
    상기 광 전달부과 이질(異質)적인 구조물이 상기 광 전달부에 더 형성되어 있는 광학식 입력 장치.
  26. 광 공급부에서 광 전달부로 광을 공급하는 단계와;
    상기 광 공급부에서 공급된 광을 상기 광 전달부에서 전달하는 단계와;
    상기 광 전달부에 물리적인 접촉을 인가하는 단계와;
    상기 물리적인 접촉으로 상기 광 전달부에 전달되는 광이 광학적으로 변화되는 것을 광 감지부에서 감지하는 단계를 포함하는 광학식 입력 장치의 제어 방법.
  27. 청구항 26에 있어서,
    상기 광이 광학적으로 변화되는 것은,
    상기 물리적인 접촉으로 산란, 반사, 흡수 중 하나에 의해 상기 광의 량이 증가 또는 감소되는 것인 광학식 입력 장치의 제어 방법.
  28. 청구항 26에 있어서,
    상기 물리적인 접촉 면적 또는 압력에 비례하여 상기 광 감지부에서 감지되는 광량이 증가되거나 또는 광세기가 커지는 광학식 입력 장치의 제어 방법.
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