(57)【要約】【課題】携帯電話及びＰＤＡのように小さくて高い移動性を有する装置に好適な超小型ポインティングデバイスの制御方法において、指を光学面に直接に使用する方案より光学的効率を改善できる方法によって格子又は認識可能なパターンを用いたポインティングデバイスを具現することで電力使用量を低減するポインティングデバイスを提供する。【解決手段】被写体に光を照射する光源と、光源から照射された光を受けて被写体の動きに対する映像を反射する格子又は認識可能なパターンから構成された対物面と、対物面上に位置し、指との摩擦力を増加させる表面を有する映像取得面の操作面と、対物面から反射された光を集光して光センサーに送る決像系光レンズと、指によって動かれた対物面を元の位置に復元させるための自動移送装置と、光レンズから反射されるイメージを受けて電気的信号に切り換える光センサーとから構成される。【選択図】図１１
2007528554.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポインティングデバイスにおいて、
被写体に光を照射する光源と、
前記光源から照射された光を受けて被写体の動きに対する映像を反射する格子又は認識可能なパターンから構成された対物面と、
前記対物面上に位置し、指との摩擦力を増加させる表面を有する映像取得面の操作面と、
前記対物面から反射された光を集光して光センサーに送る決像系光レンズと、
指によって動かれた前記対物面を元の位置に復元させるための自動移送装置と、
前記光レンズから反射されるイメージを受けて電気的信号に切り換える光センサーと、
を含んでなることを特徴とする２次元ポインティングデバイス。
【請求項２】
前記映像取得面の操作面は、ゴム又は表面突起構造を有することを特徴とする請求項１に記載の２次元ポインティングデバイス。
【請求項３】
前記自動移送装置による復元速度を用いて所定の速度以上である場合は動作がないと認識することを特徴とする請求項１に記載の２次元ポインティングデバイス。
【請求項４】
前記自動移送装置は弾性材質又は磁石から形成されることを特徴とする請求項１に記載の２次元ポインティングデバイス。
【請求項５】
前記弾性材質はゴム又はシリコンを含むことを特徴とする請求項４に記載の２次元ポインティングデバイス。
【請求項６】
指の接触有無によってポインティングデバイスを使用したか否かを判断し、前記対物面の周りに位置するタッチセンサーを更に含むことを特徴とする請求項１に記載の２次元ポインティングデバイス。
【請求項７】
前記タッチセンサーはクリックボタンとして使用されることを特徴とする請求項６に記載の２次元ポインティングデバイス。
【請求項８】
前記タッチセンサーがクリックボタンとして使用される場合は、所定の間隔内で２回接触されたときにクリックボタンとして使用されることを特徴とする請求項７に記載の２次元ポインティングデバイス。
【請求項９】
前記タッチセンサーは、２回の接触でクリックボタンとして使用されるとき、指が離れている時間の間の対物面の動きを全ての移動量から引き算して前記対物面の実際の動きを検出することを特徴とする請求項７に記載の２次元ポインティングデバイス。
【請求項１０】
前記対物面の円滑な移動のために対物面の下端に位置する透明材質からなる構造物を更に含むことを特徴とする請求項１に記載の２次元ポインティングデバイス。
【請求項１１】
ポインティングデバイスにおいて、
被写体に光を照射する光源と、
前記光を受けて反射し、所定の面積を有する映像取得面と、
前記映像取得面からの反射された光を集める決像レンズと、
光源チップ及びフリップチップが装着され、回路構成のための部品を実装し、前記決像レンズからのイメージを通過させる開口部が形成されたＰＣＢと、
前記決像レンズからのイメージを受け取って電気的信号に切り換えるイメージセンサーの信号処理のための回路を内蔵し、前記ＰＣＢを基準として前記決像レンズの互いに反対側に位置するフリップチップと、
を含んでなることを特徴とする２次元ポインティングデバイス。
【請求項１２】
前記フリップチップは、ウエハーの表面に半導体工程を用いたＲＤＬ（Ｒｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ  Ｌａｙｅｒ）技法によって構成した超薄型回路を内蔵することで、補助ＰＣＢを用いることなくポインティングデバイスのＰＣＢと直接に結合できるように構成されることを特徴とする請求項１１に記載の２次元ポインティングデバイス。
【請求項１３】
前記開口部は透明な材質からなることを特徴とする請求項１１に記載の２次元ポインティングデバイス。
【請求項１４】
前記開口部に不要な光を遮断するための光学フィルターを更に含むことを特徴とする請求項１１に記載の２次元ポインティングデバイス。
【請求項１５】
ポインティングデバイスにおいて、
被写体に光を照射する光源と、
前記光源からの光を集束させるための集光レンズ、前記集束された光を反射させる反射面、及び前記反射された光を通過させて出力する光出力部を含む一体型構造物と、
電気を供給して外部の信号を交換するための外部に突出した電源及び信号連結端子と、
を含んでなることを特徴とするポインティングデバイスの光学装置。
【請求項１６】
前記光出力部から出力された光が照射される映像取得面からの映像を取得、集光して決像するための光学系を更に含むことを特徴とする請求項１５に記載のポインティングデバイスの光学装置。
【請求項１７】
前記光学系は、ＰＣＢ又は類似した機能を有する回路物を用いて光源、集光レンズ、反射面、及び光出力部とともに一体型機構物の形態で構成されることを特徴とする請求項１６に記載のポインティングデバイスの光学装置。
【請求項１８】
前記光源は発散される光の主進行方向と出力される光の主進行方向とが相異なることを特徴とする請求項１５に記載のポインティングデバイスの光学装置。
【請求項１９】
前記反射面は全反射面或いは鏡面であることを特徴とする請求項１５に記載のポインティングデバイスの光学装置。
【請求項２０】
前記光出力部は、平明であるか、凹状やシリンダー状のレンズ構造であることを特徴とする請求項１５に記載のポインティングデバイスの光学装置。
【請求項２１】
前記一体型構造物は、出力部を除いた部分に外部の光が流入されるか、内部の光が流出されることを防ぐことを特徴とする請求項１５に記載のポインティングデバイスの光学装置。
【請求項２２】
ポインティングデバイスにおいて、
光を照射する光源と、
前記光源からの光を平行光にして反射する平行光プリズムレンズと、
前記平行光プリズムレンズから平行光を受け取って被写体の移動映像を取得する対物面と、
前記対物面からのイメージを集める決像レンズと、
前記決像レンズの周りに外乱光の遮断のために設けられたマスクと、
前記決像レンズを介してイメージを受け取って電気的信号に切り換えるイメージセンサーと、
前記平行光プリズムレンズと前記決像レンズとを一体型に結合したハウジングと、
前記イメージセンサーを固定するためのＰＣＢと、
を含んでなることを特徴とする一体型２次元ポインティングデバイス。
【請求項２３】
前記イメージセンサーを保護するためにイメージセンサーの下端に位置するイメージセンサー保護構造物を更に含むことを特徴とする請求項２２に記載の一体型２次元ポインティングデバイス。
【請求項２４】
前記対物面の上部の周りに位置して指の接触有無によってポインティングデバイスを使用したか否かを判断するタッチセンサーを更に含むことを特徴とする請求項２２に記載の一体型２次元ポインティングデバイス。
【請求項２５】
前記タッチセンサーに指の接触がない場合は、装置の光源がターンオフされて節電モードに切り換えられることを特徴とする請求項２４に記載の一体型２次元ポインティングデバイス。
【請求項２６】
前記対物面は、その表面に強化コーティングを行うか、フィルムを付着して射出するインモールド方式で製作されることを特徴とする請求項２２に記載の一体型２次元ポインティングデバイス。
【請求項２７】
前記対物面は、ＰＭＭＥやＰＣのような光学樹脂から形成されることを特徴とする請求項２２に記載の一体型２次元ポインティングデバイス。
【請求項２８】
前記平行光プリズムレンズ、前記決像レンズ、及び前記マスクは、一つの部品に成形されたプリズム／レンズ一体型である光導波路であることを特徴とする請求項２２に記載の一体型２次元ポインティングデバイス。
【請求項２９】
前記光導波路は前記対物面と同一の材質で形成されることを特徴とする請求項２８に記載の一体型２次元ポインティングデバイス。
【請求項３０】
前記平行光プリズムレンズは、入射面、反射面、及び出射面からなる半円筒状のレンズであることを特徴とする請求項２２に記載の一体型２次元ポインティングデバイス。
【請求項３１】
前記平行光プリズムレンズは、プリズムと１つ以上のレンズを用いることを特徴とする請求項２２に記載の一体型２次元ポインティングデバイス。
【請求項３２】
前記平行光プリズムレンズの決像レンズは、一体型に構成されることを特徴とする請求項２２に記載の一体型２次元ポインティングデバイス。
【請求項３３】
携帯用機器のような対象機器に接続するためのコネクタと、
前記ＰＣＢのコネクタを連結するフレキシブル回路基板と、
を更に含むことを特徴とする請求項２２に記載の一体型２次元ポインティングデバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一体型光学構造物を有する超小型ポインティングデバイスに関し、より詳しくは、携帯電話及びＰＤＡ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ  Ｄｉｇｉｔａｌ  Ａｓｓｉｓｔａｎｔ）のように小さく強い移動性を持つ装置に好適な超小型ポインティングデバイスを構成するに当たって、ウエハーのサイズを有するフリップチップ半導体パッケージを用いて極小型の電子回路を構成し、これを一体型光学構造物と一体化させることにより防水及び防塵性能を有するポインティングデバイスを必要とする機器に適用可能にし、光源から発生される光をできるだけ集束するとともに、外乱光を遮断することで光効率を高め、タッチセンサーを用いて使用したか否かを判断し、未使用時は、光源を切るなど節電モードに切り換えて電力消耗を低減させることによって、２次電池を用いる携帯端末機器の使用時間を増やし、小さな空間に光学、機構構造物を集積してパッケージすることで小型移動端末機器に実装可能にしたポインティングデバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
光学方式のポインティングデバイスは、ＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ  Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）イメージセンサーからなる２次元の光センサーアレイ及び光学装置を加えてマウスが動く表面の映像を取得する。マウスが動かない場合は、取得された映像が変化しないが、マウスが動く場合は、取得された映像が変わるようになる。前記の取得された映像の変化を用いてマウスの移動量を計算するためには映像から動きの程度を把握できる動き推定方式を用いる。
【０００３】
図１は、従来より使用されるポインティングデバイスの基本構造図である。同図において、発光素子（Ｌｉｇｈｔ−Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ、以下ＬＥＤと称する）１０から発生した光は物体の面を照らし、物体から反射した光は決像レンズ２０によってイメージセンサー３０に決像され、前記イメージセンサー３０は決像されたイメージを電気信号に切り換えてデータ処理部に送る。前記データ処理部は物体の動きによって時間的に変化される映像を分析して物体の動きに対する方向及び移動量を２次元のデータに変換する役割を果たす。
【０００４】
従来の光マウスは、対物面、つまり認識可能なパターンなどを固定させた状態で光部位及びセンサーを移動させることで位置移動を感知した。前記光部位及びセンサーの移動は本体自体を移動させるもので、携帯電話及びＰＤＡのように小さくて移動性が多く、付属物の小型化が必要な小型装置には適用し難い。また、ゲームなどのような作業遂行に際して、本体の移動が煩わしいという短所がある。
【０００５】
従来の技術である特許文献１は、携帯用電子装置のメニュー項目選択制御方法とユーザ識別方法及び携帯用電子装置を開示している。前記公開特許公報はメニュー項目ポインターを有するメニューディスプレーを用いて外部的な付加装置を携帯することなく、電子装置を動作させることができ、電子装置の動作パターンを検出して特定のユーザを確認検証することができる。しかし、かかる従来の技術は指などを電子装置に含まれている撮像表面に当てて擦らなければメニュー項目ポインターを移動させることができないので、所望する項目へ動くためには数回擦らなければならず、指が表面の上を迅速で且つどのくらい正確に移動するかによって探知に影響を及ぼすことになる。
【０００６】
他の従来の技術である特許文献２は、携帯端末に装着されたポインティング機能のボタンが入力されたか否かを判別することによって、端末装置そのものがポインティングデバイスとして使用される技術を開示している。前記公開特許公報はディスプレー空間を最小化することで携帯用移動装置が小型化されても別途のポインティングデバイスを追加することもなく、ポインティング機能を利用することができるという長所を有するが、反面に所望するディスプレー画面をスクロールするために携帯用移動装置自体を移動させなければならないという不具合がある。
【０００７】
また他の従来の技術である特許文献３は、タッチスクリーンを用いるＰＤＡに比べてポイントの移動が敏捷であり、タッチスクリーンの使用に因る画面の曇り現象を防止する光センサーマウスの原理が適用された個人携帯端末機に関するものである。しかし、前記のような従来の技術もやはりＰＤＡそのものを移動させてポイントの位置を設定させなければならないだけでなく、設定されたプログラムを実行させるためには別のハードウェアのボタンを更に含まなければならないという短所がある。
【０００８】
一方、ポインティングデバイスにおいて、決像されたイメージを電気信号に切り換えるＣＭＯＳイメージセンサー及びＣＭＯＳイメージセンサーから発生されるデータ処理のための演算構造は一つの半導体チップから構成され、かかる半導体チップはＤＩＰ（ｄｕａｌ  ｉｎｌｉｎｅ  ｐａｃｋａｇｅ）方式により製作される。ＤＩＰはワイヤーボンディング（ｗｉｒｅ  ｂｏｎｄｉｎｇ）によってウエハーをリードフレームに接合させ、これを樹脂で取り囲むことで撮像面に光が入射するように蓋の上部に穴を穿孔させた形態である。しかし、前記ＤＩＰ方式はリードフレームのサイズ及びワイヤーボンディングに必要な追加の空間などの理由で携帯電話のような極小型の光マウスを必要とする装置には適用することが困難である。
【０００９】
超小型ポインティングデバイスを構成するためにはウエハーサイズに値するパッケージング技術を適用しなければならないが、一般にイメージの決像のためのＣＭＯＳイメージセンサー及び該センサから出る信号を処理することによって２次元の動きデータへの変換のための演算装置が単一のチップで構成される。小型・薄型化の目的でウエハーを回路基板上に直接実装するために補助回路基板を用い、ウエハーと補助回路基板との間をワイヤーボンディング方式で回路を構造するＣＯＢ（ｃｈｉｐ  ｏｎ  ｂｏａｒｄ）を用いる方法が用いられるが、別途の補助回路基板の使用に起因してＳＭＴなど自動化及び一体化することが難しい。
【００１０】
尚、ポインティングデバイスにおいてイメージを獲得するための照明には主にＬＥＤが光源として使用されており、前記照明は表面から直接に鏡反射された光（Ｓｐｅｃｕｌａｒ  ｌｉｇｈｔ）から誘発されるエラーを最小化するための構造を採択している。決像のための光学系としては凸レンズ又はこれと類似した性質を有する非球面レンズを用いる。図１に示されたように、従来の光学式映像取得装置では発光素子から発生した光が物体の面を照らし、物体から反射された光が決像レンズ２０によってイメージセンサー３０に決像される。
【００１１】
最近は、グラフィックユーザーインターフェースを用いて応用プログラムを使用することができる携帯用無線端末機器の補給が拡大されることに伴い、かかるプログラムを効率よく利用できる無線端末機用ポインティングデバイスを開発するために、小型空間に全ての光学機構構造物を集積し、光源損失を最小化するとともに光効率を極大化させようとする研究がなされつつある。
【００１２】
特許文献４は、光センサー、光レンズ及び発光装置が一体型に具備された一体型パッケージ及びこれを含む光マウスを開示している。しかし、前記公開特許公報による一体型の光マウスでは、照射光量が照射面において均一で且つ平行光に近く設計されていなかった。
【００１３】
また他の従来の技術である特許文献５は、グラフィックユーザーインターフェースを用いて応用プログラムを効率よく使用するためのポインティングデバイスを有する携帯用無線情報端末機を開示している。しかし、前記のような従来の技術は光源の光を反射して対物面に照射する一般のプリズム方式で平行光を作り出す構造ではないのみならず、周辺の外乱光がセンサーに流入して誤作動の恐れがある。
【００１４】
【特許文献１】韓国公開特許公報第２００２−００７３４３２号
【特許文献２】韓国公開特許公報第２００２−００６３３３８号
【特許文献３】韓国公開特許公報第２００３−００７５２４３号
【特許文献４】韓国公開特許公報第２００３−００４８２５４号
【特許文献５】韓国公開特許公報第２００２−００１４４３０号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
本発明は、携帯電話及びＰＤＡのように小さくて高い移動性を有する装置に好適な超小型ポインティングデバイスの制御方法において、指を光学面に直接に使用する方案より光学的効率を改善できる方法によって格子又は認識可能なパターンを用いたポインティングデバイスを具現することで電力使用量を低減することにその目的がある。
【００１６】
本発明の他の目的は、従来のＰＣで使用した光マウスのようなポインティングデバイスを携帯機器に適用するに当たって、フリップチップを用いて薄型又は小型化させたポインティングデバイスを提供することにある。
【００１７】
本発明のまた他の目的は、ポインティングデバイスの映像取得面を照明することにおいて、ＬＥＤのような光源を用いて傾斜された所定の平面を照射するとき、照射光量が照射面内で均一で、且つ平行光に近いように設計された光学装置の光源から発生される光を操作して光の進行方向と垂直でない小さな平面を均一に照明することができる小型光学装置を提供することにある。
【００１８】
本発明のまた他の目的は、小さな空間に全ての光学、機構構造物を集積し、パッケージすることで小型移動端末機に実装可能にし、光源の光が所定の面に均一に照射できるように平行に集め、外乱光を遮断することで光の使用効率を極大化した一体型２次元ポインティングデバイスを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
前記のような本発明の目的は、被写体に光を照射する光源と、前記光源から照射された光を受けて被写体の動きに対する映像を反射する格子又は認識可能なパターンから構成された対物面と、前記映像取得面からの被写体の動きに対する映像を反射する光レンズと、前記光レンズから反射されたイメージを受けて電気的信号に切り換える光センサーとを含んでなる２次元ポインティングデバイスによって達成される。
【００２０】
本発明による格子又は認識可能なパターンを有する対物面は、別途の構造物に含まれている自動移送装置によって移動されるように構成されることもできる。また、前記対物面の上方に映像取得面の操作面及びタッチセンサーを設けることによりタッチセンサーに指が接触した場合のみを動作状態と認識して、動作状態であるときだけ光源を明るくすることで省電力効果を得ることができる。また、未使用期間中には光を遮断することでユーザの視覚撹乱を防止することができる。
【００２１】
本発明の他の目的は、被写体に光を照射する光源と、前記光を受けて反射させ、所定の面積を有する映像取得面と、前記映像取得面からのイメージを集める決像レンズと、前記光源及びフリップチップが装着され回路構成のための部品を実装し、前記決像レンズからのイメージを通過させる開口部が形成された印刷回路基板と、前記決像レンズからのイメージを受けて電気的信号に切り換えるイメージセンサー及び信号処理のための回路を内蔵し、前記印刷回路基板を基準として前記決像レンズと互いに反対側に位置するフリップチップと、前記フリップチップを印刷回路基板に電気的に結合させるソルダーバンプとを含んでなるポインティングデバイスによって達成される。
【００２２】
特に、本発明のフリップチップを用いたポインティングデバイスは携帯電話のように極小型のポインティングデバイスを必要とする機器に適用するもので、そのサイズが四方１ｃｍを越えない。
【００２３】
本発明のまた他の目的はポインティングデバイスの映像取得面を照明するための光学装置において、光を発生させる光源と、前記光源からの光を集束させるための集光レンズと、前記集束された光を反射させる反射面と、前記反射された光を通過させて出力する光出力部とを含んでなる光学装置によって達成される。
【００２４】
前記光学装置において集光レンズ、反射面、及び光出力部は一体型機構物から構成され、前記光源は集光レンズの近くに取り付けられてシールされ、前記光源に電気を供給するための電源連結端子は外部に突出したことを特徴とする。
【００２５】
本発明の別の目的は光を照射する光源と、前記光を平行光にする平行光プリズムレンズと、前記平行光プリズムレンズから平行光を受け取って映像取得面へ光を反射する反射板と、前記対物面からのイメージを集める決像レンズと、前記決像レンズを介してイメージを受けて電気的信号に切り換えるイメージセンサーと、前記平行光プリズムレンズ及び前記決像レンズを一体型に結合したハウジングと、前記イメージセンサーを固定するためのＰＣＢとを含んでなることを特徴とする一体型２次元ポインティングデバイスによって達成される。
【発明の効果】
【００２６】
従って、本発明によるポインティングデバイスは格子又は類似した認識可能なパターンを移動する方式を用いることにより、ポインティングデバイスの電力消耗を低減させた超小型ポインティングデバイスを構成することで、移動通信端末機及びＰＤＡのように２次電池を用いる機器の使用時間延長に寄与することができる。
【００２７】
その上、補助回路基板を用いるワイヤーボンディングの代わりにフリップチップを用いることで、光源及びフリップチップなど回路物のＰＣＢ装着工程を自動化し、製造工程を単純化することができるので、低コスト化に寄与するばかりでなく、ポインティングデバイスを薄型又は小型化させることができ、よって携帯機器のような装置に適用して超小型に製作することができる。
【００２８】
また、本発明によるポインティングデバイスは、一体型の光源パッケージから発生された平行光を用いて光の進行方向及び鋭角に配置された平面に光を照射して均一な光量を出すことができるという長所があり、物体表面の小さな凹凸によって大きな影ができるようにして凹凸を発見し易いようにするという効果がある。
【００２９】
加えて、光源の光を損失無しにセンサーまで移動させて使用することができ、センサーの誤作動による不良若しくは、埃、異物などから光学レンズ及びセンサーを保護することができ、光源の光を集積して光が所定の面に均一に照射できるように平行光にして照射の効率を極大化し、光源の光を最大限収容して不要な外乱光をマスクで遮断することで外乱光によるセンサーの誤作動を根本的に遮断できるので、光効率を高めるという効果がある。
【００３０】
しかも、光源の光を効率良く使用することで、電力消耗を最小化することができるセンサーを提供するという効果がある。更に、レンズ及びハウジングを一体型に射出することにより、レンズのような超精密部品の移動や組立時の公差に因る不良の発生を最小化して、作業の能率及び生産性を向上させるという効果がある。
本発明のさらに他の目的や利点は、後述する本発明の実施例や添付する図面に基づくより詳細な説明によって明らかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
図２は、本発明による２次元ポインティングデバイスを構成する自動移送装置を示す図である。
同図において、光源１２０から出た光は被写体が当接する対物面１００を照射することになる。前記対物面１００から反射される光は決像レンズ１３０によって光センサー１４０に決像される。このとき、前記対物面は格子又は認識可能なパターンから構成される。
【００３２】
前記対物面１００は、ＰＣＢ（ｐｒｉｎｔｅｄ  ｃｉｒｃｕｉｔ  ｂｏａｒｄ）１５０又は携帯電話のキーパッド（ｋｅｙ  ｐａｄ）などのような別途の構造物に含まれている自動移送装置１１０によって動くことができる。前記自動移送装置１１０はゴム又はシリコンのような弾性材質や磁石から構成できる。弾性材質で構成される場合は、弾性によって、磁石で構成される場合は、磁性によって前記対物面１００の平面上を移動するようになる。
【００３３】
図３は、本発明による対物面のガードラインである。
同図に示すように、前記対物面１００はガードライン（ｇｕａｒｄ  ｌｉｎｅ）１６０の中央に位置し、ガードライン１６０の範囲内で四方へ動くことができる。前記対物面１００の周りには弾性材質或いは磁石のような自動移送装置が連結されているため、ユーザが所望する方向へ動くことができ、ユーザが力を与えない場合、弾性或いは磁性によって元の位置に戻る。
【００３４】
図４は、本発明による映像取得面の操作面及びタッチセンサー領域を示す構成図である。映像取得面の操作面１７０は前記対物面１００を操作するためのもので、映像取得面の操作面１７０は前記対物面１００の直ぐ上に位置し、映像取得面の操作面１７０と対物面１００は同時に動かれる。タッチセンサー（ｔｏｕｃｈ  ｓｅｎｓｏｒ）１８０は、映像取得面の操作面１７０の周りに位置し、タッチセンサーに指が接触した場合のみを映像取得面の操作面１７０に指が触った動作状態と判断する。
【００３５】
従って、動作状態であるときだけ光源の明るさを明るくすることで、省電力効果を得ることができる。前記映像取得面の操作面１７０はゴムからなるか、若しくは表面突起の構造を有するので、ユーザが映像取得面の操作面を円滑に操作することができる。
【００３６】
図５は、本発明によるタッチセンサーを示す。同図において、前記タッチセンサーは映像取得面の操作面及び前記対物面が動くことができる範囲であるガードラインを取り囲んで位置する。従って、タッチセンサー１８０は映像取得面の操作面の上に指の表面が触ったか否かを直に認識することができる。
【００３７】
前記タッチセンサーに指が接触しない状態で前記対物面が元の位置に自動復元されるときは、これを動きとして認識しない。これに加えて、前記自動移送装置による復元速度を用いて復元速度が所定値以上である場合は映像取得面の操作面に対する動作がないことと認識する。
【００３８】
また、前記タッチセンサー１８０はクリック（ｃｌｉｃｋ）ボタンの機能を有するので、別途のクリックボタンを追加する必要がない。前記タッチセンサー１８０に所定の時間間隔内に２回連続で指を接触させる場合に、クリップボタンとしての機能を行うことができる。この際、対物面の元の位置への復元時の実際の動きは、指がタッチセンサー１８０から離れている時間の間の対物面の移動量を全ての移動量から引くことで計算することができる。
【００３９】
図６は、本発明による自動移送装置を有する２次元ポインティングデバイスの実施形態を示す。同図において、円滑な操作のためにゴム又は表面突起構造を有している映像取得面の操作面１７０の直ぐ下に対物面１００が位置しているので、前記対物面１００は前記映像取得面の操作面１７０と一緒に移動する。
【００４０】
このとき、前記対物面１００の円滑な動きのために透明材質からなる構造物１９０が前記対物面１００の下端に位置する。前記映像取得面の操作面１７０及び対物面１００は自動移動装置１１０によってガードラインの範囲内で自由自在に動く。前記自動移送装置１１０はゴム或いはシリコンのような弾性材質や磁性物質から構成され、円滑な移送及び復元のために屈曲又は溝を有する構造になっている。
【００４１】
図７は、本発明によるフリップチップの配置図である。超小型ポインティングデバイスを構成するためにはウエハー水準のパッケージング技術を適用しなければならないが、図７ではウエハー水準にパッケージされたセンサーの配置図を例示した。
【００４２】
図７に示すように、決像のためのＣＭＯＳイメージセンサー４０と、ここから出る信号を処理して２次元の動きデータに切り換えるための演算装置５０が単一のチップに構成されており、ウエハーの上面にイメージセンサー部分を除いた領域に回路を構成して半田くず（ｓｏｌｄｅｒ  ｂａｌｌ）と連結するようにボンディングパッド（ｂｏｎｄｉｎｇ  ｐａｄ）６０がチップの周辺に配置され、ここに半田くずを付着するとフリップチップが構成される。
【００４３】
かかるセンサーフリップチップ及びＬＥＤのような光源チップは自動表面実装機を用いて回路基板に装着されて安価の回路構造物を構成することができ、一体型光学構造物と精密で且つ容易に締結できるようになる。これは防水・防塵の構造を容易に具現するので、製造コストの節減及び品質確保に供される。
【００４４】
特に、前記フリップチップはウエハーの表面に半導体工程を用いたＲＤＬ（Ｒｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ  Ｌａｙｅｒ）技法によって構成した超薄型回路を内蔵することで、補助ＰＣＢを用いることなくポインティングデバイスのＰＣＢと直接に結合することができるように構成される。
【００４５】
図８は、本発明によるフリップチップを用いたポインティングデバイスを示す断面図である。図８に示すように、フリップチップ２４０はポインティングデバイス用チップであって、イメージセンサー２１０及び信号処理のための回路を内蔵している半導体チップである。ソルダーバンプ２２０は前記フリップチップ２４０を小型回路基板に装着して電気的な接合のために使用される。ＰＣＢ２５０は他の回路構成のための部品を実装している。
【００４６】
フリップチップ２４０を直接に基板上に装着させるためには、ソルダーバンプ２２０を構成し、前記ソルダーバンプ２２０を基板の半田付け面に直接に融着させることにより、前記フリップチップ２４０をＰＣＢ２５０に接合させる。構造的には、ＰＣＢ２５０の下部にフリップチップ２４０が装着されており、上部には被写体のイメージを取得するための決像レンズ２００が装着されている。即ち、フリップチップ２４０の装着面及び決像レンズ２００がＰＣＢ２５０を基準として互いに反対側に位置している。前記決像レンズ２００はホログラフィックレンズや非球面レンズを用いることが望ましい。
【００４７】
前記フリップチップ２４０はイメージセンサー２１０を内蔵しており、イメージセンサー２１０の上部にはＰＣＢ２５０の開口部２７０が形成されている。前記ＰＣＢ２５０に光源２３０及び抵抗を装着して一体化するが、前記光源２３０はＬＥＤ、レーザーダイオード（ｌａｓｅｒ  ｄｉｏｄｅ）や有機ＥＬ（ｅｌｅｃｔｒｏｌｕｍｉｎｉｓｃｅｎｃｅ）などを使用し、前記抵抗は１つ以上を使用することが好ましい。また、前記イメージセンサー２１０はＣＭＯＳイメージセンサー又はＣＣＤ（ｃｈａｒｇｅ−ｃｏｕｐｌｅｄ  ｄｅｖｉｃｅ）イメージセンサーを使用することが望ましい。
【００４８】
ＰＣＢ２５０の開口部２７０は、フリップチップ２４０を埃や他の汚染物質から保護するための透明材質で構成する。前記開口部２７０は不要な光を遮断するために光学フィルターを使用することが望ましい。
【００４９】
より詳細に説明すると、光源２３０から発生した光が、被写体の置かれた映像取得面２６０に均一な光量で照射されると、前記光は映像取得面２６０の光学的パターンによって反射される。前記被写体の置かれた映像取得面２６０から反射された光は決像レンズ２００を通過した後、ＰＣＢ２５０の開口部２７０を介してイメージセンサー２１０の表面に像を形成する。前記イメージセンサー２１０に形成された像はイメージセンサー２１０によって電気的な信号に変わって信号処理部に入力されて処理可能なデジタルイメージに変換される。
【００５０】
前述のようなポインティングデバイスの映像取得は、時間軸上で極めて速い速度で進行され、動き推定方式は隣接した時間の間に形成された形状を比較することで、映像間の動きの程度を検出する。前記検出された動きは被写体の置かれた映像取得面のイメージを取得し、前記取得された映像の時間的な変化を分析することにより、ＰＣのマウスのようなポインティングデバイスを具現することができる。
【００５１】
図９は、光学式マウスの照明装置であって、光源から発生された光を操作して光の進行方向と垂直でない小さな平面を均一に照明するための光学装置を示す構造図である。同図に示すように、光源３００は全体的な光学構造に比して割り合いにサイズが小さい。集光レンズ３１０は前記光源３００から発生された光を集束して反射面３２０へ集束する。反射面３２０は光学材質の屈折率に応じて全反射面又は反射膜を塗布した鏡面であって、入射した光を反射する。光出力部３３０は平面又は凹レンズの形状を有し、前記入射された光が平行光に変わる出口である。
【００５２】
光学材質部材３４０は前記集光レンズ３１０、反射面３２０、及び光出力部３３０と連結されている。前記光源３００は集光レンズ３１０の近くに取り付けられてシールされており、前記光源３００に電気を供給するための電源連結端子３９０は外部へ突設されている。
【００５３】
前記光源３００が集光レンズ３１０の焦点の辺りに位置する場合に光源３００から発散された光は集光レンズ３１０によって集束され、反射面１２０に到達して再び反射される。前記反射された光は光出力部３３０を介して出力され、映像取得面３６０を照らすことになる。
【００５４】
前記構造では光が平行光に近く形成されるので、距離による光の強度の変化が少なくて、前記映像取得面３６０内で割合に均質な照度を得ることができる。本発明では光源３００から発散される光の主進行方向と出力される光の主進行方向とが互いに異なるようになる。
【００５５】
前記映像取得面３６０と出力された光の進行方向との間の角度を減らすことで、映像取得面３６０上に位置した物体の若干の凹凸によって大きな影ができて前記映像取得面３６０に位置した物体の光学的な鑑別が容易になる。
【００５６】
一体型機構物３５０は光源３００及び光学物３１０〜３４０を固定し、出力部を除いた部分に外部の光が流入されるか、内部の光が流出されないように遮断する機構物であって、光学的な遮蔽物又は類似した機能を有するように設計された機構物とともに一体型に構成され、印刷回路基板や類似した目標の回路物と結合できる。
【００５７】
前記のような構造を有する光源が光学式マウスの照明装置として使用される場合、前記装置は光学式マウス機能付きの携帯型端末機器（例えば、携帯電話、ＰＤＡなど）にも使用可能である。前記光源にはＬＥＤ、レーザーダイオード、有機ＥＬなどを用いることが望ましい。
【００５８】
図１０は、本発明による光源から発生される光を操作して光の進行方向と垂直でない小さな平面を均一に照明するための光学装置を用いて構成した光学式映像取得装置の映像取得部を示す構成図である。図１０に示すように、決像レンズ３７０は映像取得面３６０のイメージをイメージセンサー３８０に決像するためのものである。
【００５９】
前記決像レンズ３７０は、映像取得面３６０のイメージをイメージセンサー３８０に決像するためのものである。前記決像レンズ３７０は光源３００から発生された光を球面又は非球面レンズ３１０に集束した後、反射面３２０を介して反射させた後、出力部３３０から出力された平行光による映像取得面３６０の決像のためのものである。前記決像レンズ３７０は凸レンズ又は非球面レンズであることが好ましい。
【００６０】
本発明では照明のための光学物３１０〜３４０と決像のための光学物３７０とは、互いに相異なる部品で成形しても、一つの部品に成形しても構わない。このため、照明のための光学物３１０〜３４０及び決像レンズ３７０を一つの光学部品に成形するためにＰＣＢ又は類似した機能を有する回路物を内蔵して単一なる形態の部品として搭載できるように設計する。
【００６１】
本発明による一体型光学装置の他の実施形態が図１１に示されている。図１１は一体型光学装置を含んでなる一体型２次元ポインティングデバイスを示す断面図である。同図において、一体型光学装置は光源４３０から光を集めて平行光に作る光学パッド、即ち対物面４６５へ均一な照度で光を照射する平行光プリズムレンズ４２０、外乱光の投入を除去することができるマスク４５０、及び前記対物面４６５からのイメージを集める決像レンズ４８０が、一つの部品に成形されて作られる。前記平行光プリズムレンズ４２０は光源からの光が入射される入射面４９４、入射面４９４を介して入った光を対物面４６５へ反射する反射面４９５、及び反射面４９５から反射された光が通過して出る出射面４９６から構成されている。
【００６２】
前記平行光プリズムレンズ４２０、マスク４５０及び決像レンズ４８０が統合された一体型光学装置、即ち光導波路構造物は更にハウジング４１０に結合されて一体型に製作される。このような構造は組立時の公差による不良の発生を最小化して作業の能率及び生産性を向上させることができる。
【００６３】
前記ハウジングを含む光導波路構造物にタッチセンサー、イメージセンサー、及びイメージセンサーを固定するためのＰＣＢなどを結合させて一体型２次元ポインティングデバイスが構成される。図１１に示すように、対物面４６５の直ぐ上方の映像取得面の操作面の周りにタッチセンサー４６０が位置付けられ、タッチセンサーに指が接触した場合のみを映像取得面の操作面に指が触った動作状態と判断する。
【００６４】
動作状態であるときだけ光源の明るさを明るくすることで、省電力の効果を得ることができる。前記決像レンズ４８０の下端に位置したイメージセンサー４４０はイメージを電気的信号に変換させる。前記イメージセンサー４４０はＰＣＢ４９０に固定設置され、前記イメージセンサー４４０を保護するためにイメージセンサー保護構造物４７０が下端部に位置する。
【００６５】
前記ＰＣＢ４９０の上端と前記平行光プリズムレンズ４２０との間には光源４３０が位置して光を照射することになる。光導波路構造物及びハウジング４１０の上端に位置した対物面４６５はその表面に外力による傷や剥離を防止するための強化コーティングを行うか、フィルム４００を付着して射出するインモールド方式で製作できる。平行光プリズムレンズ４２０は光効率を向上させるためにプリズム及び１つ以上のレンズを用いて設計されることが望ましい。
【００６６】
つまり、イメージセンサー４４０と結合されているＰＣＢ４９０の上端に、対物面４６５と光導波路及びハウジング４１０の一体型構造物とが連結、形成されて下端を保護する形態である。前記光導波路、ハウジング４１０、及び対物面４６５は同一の材質からなることが好ましい。より好ましくはポリメチルメタクリレート（以下、ＰＭＭＥと称する）やポリカボネート（以下、ＰＣと称する）のような光学樹脂で形成することが良い。
【００６７】
図１２は、本発明による一体型２次元ポインティングデバイスを分解した分解図である。図１２にはタッチセンサー５００、対物面５１０、マスク５２０、ハウジング５３０、ＰＣＢ５４０、フレキシブル回路基板（ＦＰＣＢ、Ｆｌｅｘｉｂｌｅ  ｐｒｉｎｔｅｄ  ｃｉｒｃｕｉｔ  ｂｏａｒｄ）５５０、及びイメージセンサー保護構造物５６０が示されている。
【００６８】
具体的に、前記図１１に説明されたレンズ、ハウジング、イメージセンサー、ＰＣＢ及び対物面などで構成された構造物が回路物接続手段であるフレキシブル回路基板５５０に装着される。前記フレキシブル回路基板５５０は小型で且つ複雑な電子製品に多用され、作業性が良く、耐熱性、耐曲性及び耐薬品性に優れており、熱に強く、よって組立作業時時間が短縮される。前記フレキシブル回路基板５５０の代わりにソケット及びピンを用いて回路物に接続することもできる。
【００６９】
図１３は、本発明による一体型２次元ポインティングデバイスの実施形態を示す前面斜視図である。図１３に示すように、前記図１１の構成要素からなる光学構造物５７０及びタッチセンサー５００はポインティングデバイスのオン、オフを感知して回路に伝達することができる伝導性物質からなる。前記光学構造物５７０はＰＣＢと接触してタッチする瞬間に電気的信号を回路に送ることができる。また、前記フレキシブル回路基板５５０、タッチセンサー５００、及びＰＣＢを一緒に連結してもよい。
【００７０】
図１４は、本発明による一体型２次元ポインティングデバイスの実施形態を示す後面斜視図である。図１４に示されたように、ハウジング一体型方式に加えて、イメージセンサー保護構造物５６０までも一体型に形成することが望ましい。前記イメージセンサー保護構造物５６０はイメージセンサーの下端に位置して外部よりの衝撃や埃、異物からイメージセンサーを保護することができる。
【００７１】
図１５は、本発明による光導波路構造物における平行光プリズムレンズを示す構造図である。図１５に示すように、本発明による平行光プリズムレンズは、光源から発散する光を受け取ってこれを平行光に変換させる１次工程を遂行する円筒状の入射面６００、前記入射面６００を介して入った光を対物面へ伝達するためのプリズム形状の構造物である円筒状の反射面６１０、及び円筒状の出射面６２０から構成されている半円筒状のレンズである。
【００７２】
対物面の必要な箇所に光を集めるとともに均一な照度を得るために入射面６００、反射面６１０、及び出射面６２０は、図１５に示されたように３次元的光学経路を有するように整列しなければならない。
【００７３】
以上、本発明の好適な実施形態を例えて説明したが、本発明はこれに限定されるわけではないし、当該技術分野における通常の知識を有する者によって本発明の技術的思想及びカテゴリを一脱しない範囲内で多様に修正や変形できることは明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】図１は、従来に使用されるポインティングデバイスの基本構造図である。
【図２】図２は、本発明による自動移送装置を有するポインティングデバイスを示す図である。
【図３】図３は、本発明による対物面のカードラインを示す断面図である。
【図４】図４は、本発明による映像取得面の操作面及びタッチセンサーを示す断面図である。
【図５】図５は、本発明によるタッチセンサーを示す構造図である。
【図６】図６は、本発明による自動移送装置を有するポインティングデバイスの実施形態を示す図である。
【図７】図７は、本発明に使用したフリップチップの配置図である。
【図８】図８は、本発明によるフリップチップを用いたポインティングデバイスを示す断面図である。
【図９】図９は、本発明による光源から発生される光を照射して光の進行方向と垂直でない小さな平面を均一に照明するための光学装置を示す構造図である。
【図１０】図１０は、本発明による光源から発生される光を操作して光の進行方向と垂直でない小さな平面を均一に照明するための光学装置を用いて構成した光学式映像取得部を示す構成図である。
【図１１】図１１は、本発明による一体型２次元ポインティングデバイスを示す断面図である。
【図１２】図１２は、本発明による一体型２次元ポインティングデバイスの分解図である。
【図１３】図１３は、本発明による一体型２次元ポインティングデバイスの実施形態を示す前面斜視図である。
【図１４】図１４は、本発明による一体型の光学式映像取得装置の実施形態を示す後面斜視図である。
【図１５】図１５は、本発明による一体型２次元ポインティングデバイスを構成する光導波路構造物を示す構造図である。
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１】
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【国際調査報告】
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