(57)【要約】  光学式ジョイスティックは、被写体の動きを感知するための読み取り領域の下部に位置した第１反射面および第１反射面から反射した光を集光する第１平凸レンズ部を含む第１導波管と、前記第１平凸レンズ部と相対する第２平凸レンズ部および前記第２平凸レンズ部から入射した光を反射させるための第２反射面を含む第２導波管と、第２反射面の下部に位置したイメージセンサと、を含む。第１導波管において、第１反射面および第１平凸レンズ部は一体形成され、第２導波管においても、第２平凸レンズ部および第２反射面は一体形成される。反射面とレンズ部を一体形成することで光学式ジョイスティックの厚さを著しく減らすことができ、第１および第２導波管を対向して配置することで屈折および集光を効率的に改善することができる。
2008510248.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被写体の動きを感知するための読み取り領域の下部に位置した第１反射面および前記第１反射面から反射した光を集光する第１平凸レンズ部を含み、前記第１反射面および前記第１平凸レンズ部が一体形成された第１導波管と、
前記第１平凸レンズ部と相対する第２平凸レンズ部および前記第２平凸レンズ部から入射した光を反射させるための第２反射面を含み、前記第２平凸レンズ部および前記第２反射面が一体形成された第２導波管と、
前記第２反射面の下部に位置したイメージセンサと、
を備えることを特徴とする光学式ジョイスティック。
【請求項２】
被写体の動きを感知するための読み取り領域の下部に位置した第１反射面および前記第１反射面から反射した光を集光する第１平凸レンズ部を含み、前記第１反射面および前記第１平凸レンズ部が一体形成された第１導波管と、
前記第１平凸レンズ部と相対する第２平凸レンズ部および前記第２平凸レンズ部から入射した光を通過させるための出口面を含み、前記第２平凸レンズ部および前記出口面が一体形成された第２導波管と、
前記出口面に隣接して位置したイメージセンサと、
を備えることを特徴とする光学式ジョイスティック。
【請求項３】
前記第１または第２平凸レンズ部は、一般の球面レンズまたは非球面レンズ形状で形成されたことを特徴とする請求項１または２に記載の光学式ジョイスティック。
【請求項４】
前記第１および第２導波管の間にレンズまたはレンズ部を含む他の導波管が介在されることを特徴とする請求項１または２に記載の光学式ジョイスティック。
【請求項５】
前記第１および第２導波管は、相互対称を成すように配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載の光学式ジョイスティック。
【請求項６】
前記第１および第２導波管は、相互非対称を成すように配置されることを特徴とする請求項１または２に記載の光学式ジョイスティック。
【請求項７】
前記第１導波管の前記第１反射面の上部には、カバーグラスが一体または分離して形成されたことを特徴とする請求項１または２に記載の光学式ジョイスティック。
【請求項８】
前記カバーグラスに隣接して光源部が装着されており、前記光源部は光を発光する発光モジュールを含んで前記カバーグラスに直接または間接的に光を照射させることを特徴とする請求項７に記載の光学式ジョイスティック。
【請求項９】
前記光源部は、前記第１導波管の前記第１反射面の下段部に位置し、前記発光モジュールから生成された光を前記第１導波管の第１反射面を通過して前記カバーグラスの上面に向かって照射させることを特徴とする請求項８に記載の光学式ジョイスティック。
【請求項１０】
前記光源部は、前記発光モジュールから生成された光を前記カバーグラスの上面に向かって低い角度で照射させる反射ミラーを含むことを特徴とする請求項８に記載の光学式ジョイスティック。
【請求項１１】
前記カバーグラスに隣接して光源部が装着されており、前記光源部は光を発光する発光モジュールおよび前記発光モジュールから生成された光を前記カバーグラスに案内する光源ガイドを含み、前記光源ガイドは光学用プラスチックを用いて形成され、全反射を用いて前記発光モジュールから前記カバーグラスまで光を低い角度で案内することを特徴とする請求項７に記載の光学式ジョイスティック。
【請求項１２】
前記第１および第２導波管の間には、ノイズ光を遮断するための遮断部が提供されることを特徴とする請求項７に記載の光学式ジョイスティック。
【請求項１３】
前記カバーグラスの周辺に形成されたクリックボタンと、前記クリックボタンの下部に位置したドームスィッチと、前記クリックボタンの入力値を伝達するボタン制御部と、をさらに含むことを特徴とする請求項１または２に記載の光学式ジョイスティック。
【請求項１４】
ディスプレイ部を含む端末機本体と、
前記端末機本体から部分的に露出したカバーグラスと、
前記カバーグラスの下部に位置した第１反射面および前記反射面から反射した光を集光する第１平凸レンズ部を含み、前記第１反射面および前記第１平凸レンズ部が一体形成された第１導波管と、
前記第１平凸レンズ部と相対する第２平凸レンズ部および前記第２平凸レンズ部から入射された光を反射させるための第２反射面を含み、前記第２平凸レンズ部および前記第２反射面が一体形成された第２導波管と、
前記第２反射面の下部に位置したイメージセンサと、
前記イメージセンサから感知された信号から被写体の移動方向に従って前記ディスプレイに表示されたポインタを動かす制御部と、
を備えることを特徴とする個人用携帯端末機。
【請求項１５】
前記第１および第２導波管は、相互対称または非対称を成すように配置されていることを特徴とする請求項１４に記載の個人用携帯端末機。
【請求項１６】
前記カバーグラスは、前記第１導波管と一体または分離して形成されたことを特徴とする請求項１４に記載の個人用携帯端末機。
【請求項１７】
前記カバーグラスに隣接して光源部が装着されており、前記光源部は光を発光する発光モジュールを含んで前記カバーグラスに直接または間接的に光を照射させることを特徴とする請求項１６に記載の個人用携帯端末機。
【請求項１８】
前記光源部は、前記発光モジュールから生成された光を前記カバーグラスの上面に向かって低い角度で照射させる反射ミラーを含むことを特徴とする請求項１７に記載の個人用携帯端末機。
【請求項１９】
前記カバーグラスに隣接して光源部が装着されており、前記光源部は光を発光する発光モジュールおよび前記発光モジュールから生成された光を前記カバーグラスに案内する光源ガイドを含み、前記光源ガイドは光学用プラスチックを用いて形成され、全反射を用いて前記発光モジュールから前記カバーグラスまで光を低い角度で案内することを特徴とする請求項１７に記載の個人用携帯端末機。
【請求項２０】
前記第１および第２導波管の間には、ノイズ光を遮断するための遮断部が提供されることを特徴とする請求項１９に記載の個人用携帯端末機。
【請求項２１】
前記カバーグラスの周辺に形成されたクリックボタンと、前記クリックボタンの下部に位置したドームスィッチと、前記クリックボタンの入力値を伝達するボタン制御部と、を含むことを特徴とする請求項１４に記載の個人用携帯端末機。 
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は入力装置に関し、より詳細には、超薄型サイズの携帯電話などの個人用携帯端末機への装着が容易である超薄型の光学式ジョイスティックおよび超薄型の光学式ジョイスティックを含んだ個人用携帯端末機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来において、携帯電話などの個人用携帯端末機（Personal Portable Device）ではキーパッドを用いた入力モジュールが主に用いられている。より具体的には、従来の個人用携帯端末機は数字および文字を入力するための複数のボタンを含んでおり、各ボタンに定義されたボタンの入力によって意図した電話番号や文章などの入力が可能となる。
また、従来の個人用携帯端末機は、メニューキーおよびその他の機能キーを用いて多様な機能を提供することができる。最近、個人用携帯端末機のディスプレイ部にグラフィックなどの表現が可能となることに伴い、ディスプレイ部を２次元で用いることができるようになった。このとき、メニューキーおよびその他の機能キーを方向キーとして用いることで所望する機能の設定および作動が可能となった。
【０００３】
このように、個人用携帯端末機の機能が個人用コンピュータ（Personal Computer：PC）と類似して変化しているが、携帯電話などの個人用携帯端末機は以前として方向キーを使用しており、方向キーを押すことによって一段階ずつ移動する入力方式を採用している。このように、方向キーを用いた入力方式に不便をきたしているにも係らず、キーパッドを用いた入力方式が主に用いられている理由としては、キーパッドを用いた入力方式に対する習熟度が高いためである。さらに、今まで開示された他の入力方式では入力モジュールを薄く生成できないためである。一例として、携帯電話は、ＰＣＢ（Printed Circuit Board）およびＲＦ（Radio Frequency）モジュールなどの実装が必須である。携帯電話にてこれらの必須部品は相当な位置および厚さを占めるため、該重要部品以外の部品は多くの空間を占有することができない。
【０００４】
前記内容を整理すると、キーパッドを用いた従来の入力方式は、電話番号入力やその他のメニューの利用において一段階ずつしか動くことができない単一（Mono）移動のみを具現していた。したがって、このような単一移動方式によって数字や文字の入力が遅れたり、多数のキーを大体記憶して使用しなければならないため煩わしさを感じざるを得なかった。また、単一移動方式では、現在進行されているコンピュータウィンドウ（Windows）などのＧＵＩ（Graphic User Interface）環境では使用が不可能であるという限界があった。
【０００５】
現在、コンピュータでＧＵＩ環境をサポートするポインティング装置については多様に開示されている。前記ポインティング装置はその作動方式によって、ボールマウス（ball mouse）、光学式マウス（optical mouse）、レーザーマウス（laser mouse）、タッチパッド（touch pad）、タブレット（tablet）などが挙げられる。
コンピュータで用いられている前記ポインティング装置は、理論的には個人用携帯端末機のポインティング装置としての使用も可能である。しかし、個人用携帯端末機の目的は「携帯すること」であるため、本体と分離した別途のポインティング装置は個人用携帯端末機のポインティング装置としての使用に限界を有する。
【０００６】
個人用携帯端末機に一体して装着可能なポインティング装置としては、トラックボール型（trackball-type）またはジョイスティック型（joystick-type)のマウスが提案され得る。しかし、トラックボールまたはジョイスティック構造は物理的に一定以上の空間を占有するため、前記構造は個人用携帯端末機のスリム化の妨げになるという問題点を有してる。
【０００７】
前記の問題点を勘案した上で、上述したポインティング装置の光学式マウスにて用いられるポインティング原理を個人用携帯端末機に適用することができる。
【０００８】
図１ないし図３は従来の光学式マウスのポインティング原理を説明するための断面図である。
【０００９】
図１を参照すると、従来の光学式マウスで用いるイメージ入力装置２１と、カバーグラス４１と、レンズ４２と、遮断膜４４と、イメージセンサ４６と、を含む。また、光源として高輝度の発光ダイオード（Light-emitting diode：LED）４３を用い、前記発光ダイオード４３から発光された光は光源ガイド４６を介してカバーグラス４１に供給される。
【００１０】
従来の光学式マウスでは光源から底面に向かって光が照射され、イメージセンサがレンズの上部に位置して光学式マウスの動きを感知していた。しかし、従来の光学式マウス構造を個人用携帯端末機に適用するためには、カバーグラス４１上で指すなわち被写体が移動して、イメージセンサ４６は相対的に移動する被写体の動きを感知するように変更する必要がある。
これによると、従来の光学式マウス構造では、カバーグラス４１、レンズ４２およびイメージセンサ４６が上下に直列に配置されている。すなわち、最下部にはイメージセンサ４６が、最上部には被写体の一面を透写するカバーグラス４１が、カバーグラス４１の下部にはレンズ４２が位置している。また、レンズ４２とイメージセンサ４６との間にある遮断膜４４によって周辺のノイズ光を遮断することで、イメージセンサ４６に一層鮮明な像が結ばれるようにすることができる。
【００１１】
図２を参照すると、従来の光学式マウス構造において発光ダイオード４３から生成された光は、光源ガイド４５を経てカバーグラス４１の外部に透過する４７。
【００１２】
前記のように透過する光の進行経路はカバーグラス４１上に指などの被写体を置くことによって下に反射し、反射した光はイメージセンサ４６で結像されるようになる。
【００１３】
図３を参照すると、被写体によって反射した光は、レンズ４２、遮断膜４４およびイメージセンサ４６に伝達される。光源から発散された光はカバーグラス４１上の指４８によって反射して光経路が変化し、変化した光経路は下部のレンズ４２によって光イメージセンサ４６に集光される。イメージセンサ４６は集光された像の変化を感知して電気的な信号に変換し、個人用携帯端末機などの本体はイメージセンサ４６で生成された電気的な信号によって被写体の動きを検知することができる。
【００１４】
しかし、このような構造を有するイメージ入力装置２１も個人用携帯端末機のスリム化を完全に解決することはできない。なぜなら、現在の技術水準から見ても従来の光学式マウス構造ではイメージ入力装置２１の最短高さは約４〜５ｍｍが限界であることに対し、超薄型を追求する最近の個人用携帯端末機は約２ｍｍ以下のモジュールの高さを求めているためである。
【００１５】
従来の光学式マウス構造において、イメージ入力装置２１の高さを２ｍｍ以下に抑えることができない理由は、超精密な構造を製造するのが困難であるという点の他に、焦点深度との一定関係によるものであると言える。
【００１６】
図４および図５はイメージ入力装置の高さと焦点深度との関係を説明するための概略図である。
【００１７】
図４を参照すると、焦点距離が短い光学系が示されている。レンズ６１に光６２が照射されるとイメージセンサ面６３に焦点が結ばれる。しかし、このように焦点距離が短い場合はイメージセンサ面６３に入射する角度が大きくなるため、組み立ての際に焦点距離が上下に多少ずれただけでも光の焦点スポット（Spot）のサイズが大きくなってしまう。焦点スポットが極度に大きくなれば、イメージセンサのピクセルサイズ（Pixel Size）よりもスポットサイズ（Spot Size）が大きくなる。これは、組み立ての公差などの発生による不良発生の原因となる。
【００１８】
これとは対照的に、図５には焦点距離が長い光学系が示されている。図４と同様、集光レンズ６４に光６５が照射されればイメージセンサ面６６に焦点が結ばれる。ここでは、集光レンズ６４とイメージセンサ面６６までの焦点距離が十分長いため、イメージセンサ面６６に入射する光６５の角度は小くなる。この場合、イメージセンサ面６６が上下にずれたとしても小さな焦点スポットを有することにより不良が発生しなくなる。これは、ある程度までの公差であればイメージセンサのピクセルサイズよりも焦点スポットサイズが大きくならないためである。
【００１９】
これを整理すると、従来の光学式マウス構造では、カバーグラス、レンズおよびイメージセンサが光軸方向に整列されており、光学系の焦点深度の限界によって基本的な装置の高さが制限されていた。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
本発明は、上述した問題点を解決するために案出されたものであって、本発明は、マウスなどの入力装置がなくても個人用携帯端末機にて数字や文字の入力が可能であり、コンピュータのウィンドウ（Window）のようなＧＵＩ（Graphic User Interface）などの環境を具現することができる光学式ジョイスティックおよび個人用携帯端末機を提供することを目的とする。
【００２１】
また、本発明は、光学式ジョイスティック上で被写体である指の移動によって画面上のポインタを動かすことができ、さらには光学式ジョイスティックの高さを一層縮小化しながらも十分な焦点深度を確保することができる光学式ジョイスティックおよび個人用携帯端末機を提供することを他の目的とする。
【００２２】
また、本発明は、薄型の生成が可能であり、装着および組み立てが容易な光学式ジョイスティックおよび個人用携帯端末機を提供することをさらに他の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
本発明の一実施形態によると、光学式ジョイスティックは、被写体から投影される光を屈折および集光するための第１導波管（first waveguide）と、第１導波管を通過した光を集光および屈折させるための第２導波管（second waveguide）と、第２導波管から屈折した光を受光するイメージセンサと、を含む。
第１導波管は、被写体の動きを感知するための読み取り領域の下部に位置した第１反射面と、第１反射面から反射した光を集光する第１平凸レンズ部（first plano-convex section）と、を含む。また、第１導波管と相対する第２導波管は、第１平凸レンズ部と相対する第２平凸レンズ部（second plano-convex section）と、第２平凸レンズ部から入射した光を反射させるための第２反射面と、を含む。光源から被写体に照射される光は被写体によって反射する。被写体から反射した光は第１反射面によって屈折し、第１反射面によって屈折した光は第１および第２平凸レンズ部を通過しながら集光される。さらに、第１および第２平凸レンズ部を通過した光は第２反射面によって再び屈折してイメージセンサ上に結像される。
【００２４】
したがって、被写体で反射した光は二度の屈折によって十分な焦点深度を確保することができ、第１導波管および第２導波管が反射面およびレンズ部を含むため、光学式ジョイスティックの高さを約２ｍｍ以下まで減らすことができる。また、反射面およびレンズ部が一体形成されているため導波管を容易に製造することができ、組み立て過程も簡単であるため大量生産に極めて有利である。
【００２５】
本発明の一実施形態によると、光学式ジョイスティックは、被写体から投影される光を屈折および集光するための第１導波管と、第１導波管を通過した光を集光するための第２導波管と、第２導波管を通過した光を受光するイメージセンサと、を含む。
【００２６】
前記実施形態と同様、第１導波管は、被写体の動きを感知するための読み取り領域の下部に位置した第１反射面と、第１反射面から反射した光を集光する第１平凸レンズ部と、を含む。ただし、前記実施例と同様、第２導波管は第１導波管と相対するものの、第１平凸レンズ部と相対する第２平凸レンズ部のみを含み、第２反射面を持たずにそのまま出口面を含むこともある。これは、第１反射面による一度の屈折でも十分な焦点深度を確保することができ、第２導波管の構造をより一層単純に維持することができるという長所がある。もちろん、第１導波管および第２導波管を用いることで光学式ジョイスティックの高さを約２ｍｍ以下まで減らすことができ、反射面またはレンズ部が一体形成されているため導波管を容易に製造することができ、組み立て過程も簡単であるため大量生産に極めて有利である。
【００２７】
指などの被写体が読み取り領域上で動くことで特定の数字や文字を指定することができ、アイコンを選択することで所望する設定または機能を作動させることができる。光学式ジョイスティックでの選択においては様々な方法が挙論され得るが、読み取り領域に指を置くことですぐに入力が可能であるし、別途のボタンを用いての入力も可能である。
【発明の効果】
【００２８】
本発明に係るポインタ移動の光学式ジョイスティックの文字入力方式によると、キーボード入力をせずに指の動きだけでの入力が可能であり、指がポインタ移動の光学式ジョイスティックとクリックボタンを介したエンター機能、エミュレータの具現などによる文字直接入力などを可能にする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下、添付の図面を参照して、本発明に係る実施形態を例示的に説明するが、本発明の保護範囲が下記の実施形態によって限定されたり制限されるものではない。
図６ないし図８は、本発明の一実施形態に係る光学式ジョイスティックの断面図である。
【００３０】
図６を参照すると、光学式ジョイスティック１００は、第１導波管１１０と、第２導波管１２０と、イメージセンサ１５０と、カバーグラス１３０と、光源部１４０と、を含む。
【００３１】
光源部１４０は、光を発するＬＥＤ１４２と、反射ミラー１４４と、を含む。光学式ジョイスティック１００に入るイメージセンサ１５０は、小さくは３０μｍのピクセル、大きくは５０μｍ以上のピクセルサイズを有するため、光源部１４０における光源の照射を導波路形態で用いなくてもイメージセンサに入射する光源の強度は十分である。また、本発明は携帯電話などの携帯機器に適用されるモジュールであるため、実質的にポインタが移動する区間は一般のコンピュータに比べて小さく、ポインタの移動区間が小さいことにより光源部１４０をより一層簡単に形成することができる。
【００３２】
図７を参照すると、光源であるＬＥＤ１４２から発光した光が反射ミラー１４４に反射してカバーグラス１３０の底面に低く入射する。このように、カバーグラス１３０の底面に低い角度で光を入射させる理由は、物体面に置かれた指の表面形状に対する情報を容易に走査できるようにするためである。この他に、ＬＥＤ１４２からカバーグラス１３０まで別途の導波路や反射ミラーがなくても光を直接照射することもできる。
【００３３】
カバーグラス１３０の上面に物体が何もないときには、光源から発光された光はカバーグラス１３０の上面にそのまま透過することになり、光イメージセンサ１５０に伝達する情報が何もないこともある。
【００３４】
図８を参照すると、カバーグラス１３０の上に指Ｆなどの被写体が置かれた場合、照射された光が反射して下段部に位置した第１導波管１１０に入射し、第１導波管１１０に入射した光は、第１反射面１１２によって左右平行方向に反射する。
【００３５】
平行方向に変化した光経路は、第１導波管１１０に沿って進行するようになり、第１導波管１１０の端部に形成された第１平凸レンズ部１１４を通過しながら集光される。前記光は周辺のノイズ光を遮断する遮断部１６０を経て第２導波管１２０に入射する。
【００３６】
第２導波管１２０は、第２平凸レンズ部１２４および第２反射面１２２を含み、第２平凸レンズ部１２４および第２反射面１２２は光学用プラスチックを用いて一体形成される。第２導波管１２０に入射した光は第２平凸レンズ部１２４を通過しながら集光され、第２反射面１２２によって下方に反射する。第２反射面１２２で反射した光経路は再び上下部方向に変化する。
【００３７】
このとき、第１または第２平凸レンズ部１１４、１２４は集光レンズとして多様な形状での形成が可能であり、球面レンズまたは非球面レンズ形状で形成されたりする。また、第１導波管１１０および第２導波管１２０との間には他の集光レンズまたはさらにもう一つの導波管が介在されることもあるが、これは設計者の意図によって本発明の請求の範囲内にて多様に変更され得る。
【００３８】
また、第１および第２導波管１１０、１２０は相互対称であっても良いし、相互非対称であっても良い。非対称をなす場合、第１および第２導波管１１０、１２０は、レンズの曲律、球面と非球面などのレンズ面の形状、レンズの長さ、レンズの厚さなどを多様に変更する。
【００３９】
再び図面を参照すると、前記のように光経路が変化した光は、ＰＣＢ（Printed Circuit Board）上に置かれている光イメージセンサ１５０に入射して撮像される。このように撮像されるイメージの変化を計算して座標を計算することで、ＬＣＤなどを含むディスプレイ（Display）上のポインタを動かす光学式ジョイスティックのポインティング装置を具現することができる。
【００４０】
このように、カバーグラス１３０、第１および第２平凸レンズ部１１４、１２４およびイメージセンサ１５０が光軸方向に上下に配置されるのではなく左右平行方向に配列を変化させた理由は、本発明の適用が携帯電話などの携帯機器であるためである。携帯機器は一般的に機器の厚さが極めて薄いため、それぞれの構成部を垂直に構成すると焦点距離の限界によって厚さの減少に限界をきたしてしまう。参考までに、垂直に構成したモジュールは、厚さを最大限に減少させたとしても４ｍｍ以下にすることは難しい。
【００４１】
また、無理して厚さを減らすように集光部の光学系を設計すると焦点深度（Focal Depth）が極めて薄くなり、鏡筒部などの機構部の公差によってイメージセンサに集光される光の品質が落ちる恐れがある。
【００４２】
そのため、本発明のように水平方向に光経路を変化するようになれば、携帯電話などの携帯機器に実装可能な厚さである約２．０ｍｍ以下でのモジュールの超薄型化が可能なだけでなく、約５〜３０ｍｍの十分な焦点距離によって焦点深度を深くできるため、作業性および量産性が向上され得る。
【００４３】
図９ないし図１１は、本発明の一実施形態に係る光学式ジョイスティックを説明するための断面図である。
【００４４】
図９ないし図１１を参照すると、図６の構造にて、ＬＥＤ１４２を上断方向に置き、反射ミラー１４４を傾けてカバーグラス１３０に光が進行するように生成されている。これは、カバーグラス１３０に入射する光の角度および方向の変化が容易であり、初期モジュールのセッティングに適合した角度で設計し易い構造である。
【００４５】
図１０および図１１において、光源部１４０を除いた他の構成は、前記実施形態に対応する構成要素と同一な構成および機能を有する。したがって、本実施形態に対する説明において前記実施形態と同一する構成に対しては、前記実施形態の説明および図面を参照することができるため、反復する内容は省略する。
【００４６】
図１２は、図６および図９に示された第１導波管および第２導波管の構造を説明するための平面図である。
【００４７】
図１２を参照すると、第１および第２導波管１１０、１２０の厚さは、携帯電話などの携帯機器への適用のために約２．０ｍｍを超過することは不可能であるが、その幅は実装される構造によって空間を有することができるため、光源部１４０の位置がカバーグラス１３０の下部分のいずれに位置したとしてもカバーグラスに低い角度で入射することができるし、イメージセンサ１５０に十分な情報を伝達することができる。
【００４８】
このように、本発明は、既存のマウスセンサモジュールの構造の問題点であるカバーグラス（Cover Glass）、レンズおよび光イメージセンサが垂直に置かれた構造によって生じる厚さの限界を、光導波路形態の反射面および集光レンズを用いて経路を水平に変化することで十分な焦点距離および焦点深度を具現しながらもモジュールの厚さをスリム化することができる光学式ジョイスティックのポインティング入力装置に関する。特に、超薄型の光学式ジョイスティックのポインティング入力装置は、携帯電話などの携帯機器の特徴である小型・超薄型の機器への適用が可能であるという長点を有している。
【００４９】
図１３は本発明の一実施形態に係る光学式ジョイスティックを説明するための断面図であり、図１４は図１３の光学式ジョイスティックの導波管を説明するための側面図であり、図１５は度１３の光学式ジョイスティックの導波管を説明するための斜視図であり、図１６は図１３の光学式ジョイスティックを説明するための部分斜視図である。
【００５０】
図１３ないし図１６を参照すると、光学式ジョイスティック２００は、カバーグラス２３０と、第１導波管２１０と、第２導波管２２０と、イメージセンサ２５０と、光源部２４０と、を含む。第１導波管２１０は光学用プラスチックを材質として一体形成されており、第１反射面２１２および第１平凸レンズ部２１４を含む。第２導波管２２０も光学用プラスチックを材質として一体形成されており、第２反射面２２２および第２平凸レンズ部２２４を含む。光源部１４０から光が被写体に照射されると、被写体から光が反射した後に、カバーグラス２３０、第１反射面２１２、第１平凸レンズ部２１４、遮断部２６０、第２平凸レンズ部２２４、第２反射面２２２およびイメージセンサ２５０に伝達される。
【００５１】
カバーグラス２３０から第１および第２平凸レンズ部２１４、２２４、イメージセンサ２５０に連結する従来の垂直構造から、一度または二度反射させる水平構造に光の進行経路を変形させることができる。その結果、十分な焦点距離および焦点深度の確保、厚さ２．０ｍｍ以下のモジュールを構成することができる。
【００５２】
特に、携帯電話など小型携帯機器に実装させるのに最も重要な要因は光学式ジョイスティックの厚さであるが、長さ方向（水平方向）に光経路を変形させることにより各携帯電話などの小型携帯機器の種類によってモジュールの長さを５〜３０ｍｍに変更することで、あらゆるモデルに適用させることができる。
【００５３】
図１６に示されたように、イメージセンサ２５０はＰＣＢ２５２上に実装されており、イメージセンサ２５０の中心とレンズ部の中心が正確に一致するように設計されている。
【００５４】
図１７は図１３の光学式ジョイスティックを説明するための斜視図であり、図１８は図１３の光学式ジョイスティックを説明するための平面図であり、図１９は図１３の光学式ジョイスティックを説明するための側面図である。
【００５５】
図１７ないし図１９を参照すると、光学系と遮断部２６０と、鏡筒部２７２と、ＰＣＢ２５２を固定するためのハウジング２７４と、クリックボタン２３２と、クリックを電気的な信号に変形するためのドームスィッチ２３４と、が構成されている。カバーグラス２３０の上面に指（被写体）を置いて下部からＬＥＤでカバーグラス２３０面に光を照射させると、指紋を認識して光量の明暗を認知することができる。このとき、指紋の凹凸を認知して光の明暗を認知する。
【００５６】
被写体から反射する光は、第１および第２導波管２１０、２２０を経てイメージセンサ１５０に入射するようになる。このように入射した光の情報をイメージセンサ２５０で分析して回路にて電気的な信号に変換し、変換された信号によってＬＣＤなどを含む画面（未図示）上にてポインタを動かすことができる。
【００５７】
このように、本発明は、携帯電話などの小型携帯機器（ＰＤＡ、ノートパンコン、ＨＰＣなど）のいずれにも適用が可能な光学式ジョイスティックに関する。
【００５８】
本特許では文字と数字を例示したが、数字も広い意味での文字として包括して文字と指称する。
【００５９】
また、前記光学式ジョイスティックはスクロールのためにも用いられる。
スクロールとはポインタを上下または左右に動かすことであり、本発明はボタンを押さずに指の動きだけで所望する方向へのスクロールを可能にする。特に、指の動きは、速度、方向、距離に合わせてスクロールする方向や速度などを調節することができる。
【００６０】
図２０は本発明の一実施形態に係る個人用携帯端末機を説明するための斜視図である。
図２０を参照すると、個人用携帯端末機３００は、本体３１０と、光学式ジョイスティック２００と、を含む。ここで、端末機本体３１０は一般的な端末機機能を含む内外部品および回路構成を含む。端末機本体３１０には、端末機ケース、キーパッド、ディスプレイモジュール、無線送受信モジュール、バッテリー、マイクおよびレシーバなどが含まれ得るし、端末機本体３１０の形状もフリップ型、フォルダ型、スライド型、スイング型などのような多種類のスタイルでの形成が可能である。
【００６１】
本明細書において、個人用携帯端末機（Personal Portable Device）とは、ＰＤＡ（Personal Digital Assistant）、スマートフォン（Smart phone）、ハンドヘルド（handheld）ＰＣ、携帯電話、ＭＰ３プレーヤなどの携帯用電気電子装置であって、ＣＤＭＡ（Code Division Multiplexing Access）モジュール、ブルートゥースモジュール、赤外線通信モジュール（IrDA）、有無線ＬＡＮカードなどの所定の通信モジュールが備えられたりする。マルチメディア再生機能を行う所定のマイクロプロセッサを搭載することで、所定の演算能力を備えた端末機を通称する概念として用いられたりする。
【００６２】
図２０に示されたように、携帯電話本体３１０は、メインパートおよびフォルダパートを含んでいる。メインパートには、キーパッド、バッテリー、通信回路などが装着されている。また、フォルダパートにはＬＣＤを含むディスプレイなどが装着されている。キーパッドの上部には携帯電話の機能を設定するメニューキーが装着されており、メニューキーの中央にはカバーグラス２３０が露出するように光学式ジョイスティック２００が携帯電話本体３１０の正面に装着されている。
【００６３】
光学式ジョイスティック２００において、カバーグラス２３０の周辺にクリックボタン２３２が装着されているため、ユーザは光学式ジョイスティック２００を用いてディスプレイに表示されたポインタを移動させることもできるし、周辺のクリックボタン２３２を用いて多様な機能を具現することもできる。
このような方式を用いて、入力が容易でありながらも携帯電話などの小型携帯機器の軽薄短小化を可能にする。
【００６４】
上述したように、本発明の好ましい実施形態を参照して説明したが、該当の技術分野において熟練した当業者にとっては、特許請求の範囲に記載された本発明の思想および領域から逸脱しない範囲内で、本発明を多様に修正および変更させることができることを理解することができるであろう。すなわち、本発明の技術的範囲は、特許請求の範囲に基づいて定められ、発明を実施するための最良の形態により制限されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】従来の光学式マウスのポインティング原理を説明するための断面図である。
【図２】従来の光学式マウスのポインティング原理を説明するための断面図である。
【図３】従来の光学式マウスのポインティング原理を説明するための断面図である。
【図４】イメージ入力装置の高さと焦点深度との関係を説明するための概略図である。
【図５】イメージ入力装置の高さと焦点深度との関係を説明するための概略図である。
【図６】本発明の一実施形態に係る光学式ジョイスティックの断面図である。
【図７】本発明の一実施形態に係る光学式ジョイスティックの断面図である。
【図８】本発明の一実施形態に係る光学式ジョイスティックの断面図である。
【図９】本発明の一実施形態に係る光学式ジョイスティックを説明するための断面図である。
【図１０】本発明の一実施形態に係る光学式ジョイスティックを説明するための断面図である。
【図１１】本発明の一実施形態に係る光学式ジョイスティックを説明するための断面図である。
【図１２】図６および図９に示された第１導波管および第２導波管の構造を説明するための平面図である。
【図１３】本発明の一実施形態に係る光学式ジョイスティックを説明するための断面図である。
【図１４】図１３の光学式ジョイスティックの導波管を説明するための側面図である。
【図１５】図１３の光学式ジョイスティックの導波管を説明するための斜視図である。
【図１６】図１３の光学式ジョイスティックを説明するための部分斜視図である。
【図１７】図１３の光学式ジョイスティックを説明するための斜視図である。
【図１８】図１３の光学式ジョイスティックを説明するための平面図である。
【図１９】図１３の光学式ジョイスティックを説明するための側面図である。
【図２０】本発明の一実施形態に係る個人用携帯端末機を説明するための斜視図である。
【図１】
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【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１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【国際調査報告】
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