(57)【要約】【課題】外部の雑光及び／又は難反射などによる雑光が光センサに流入することを防止して、高精度の光学式ジョイスティック及びこれを有する携帯電子機器を提供する。【解決手段】本発明に係る光学式ジョイスティック、及びこれを含む携帯電子機器は、赤外線を出射する赤外線光源と、赤外線光源により照明され、被写体を接触させるための被写体接触面が形成されたカバー部と、被写体で反射されて伝達される赤外線を検出する受光部と、被写体で反射されて受光部に向かう赤外線の光経路に備えられる光学部材とを含む。また、カバー部は、赤外線光源により照明されるカバーベースと、カバーベースの一側に備えられて所定帯域の外部の雑光を遮断し、実質的に赤外線波長帯域の光を透過させる赤外線パス層とを含む。【選択図】図３
2009176271.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
赤外線を出射する赤外線光源と、
前記赤外線光源により照明され、被写体を接触させるための被写体接触面が形成されたカバー部と、
前記被写体で反射されて伝達される赤外線を検出する受光部と、
前記被写体で反射されて前記受光部に向かう赤外線の光経路に備えられる光学部材と、
を含んでなり、
前記カバー部は、前記赤外線光源により照明されるカバーベースと、前記カバーベースの一側に備えられて所定帯域の外部の雑光を遮断し、実質的に赤外線波長帯域の光を透過させる赤外線パス層とを含む光学式ジョイスティック。
【請求項２】
前記赤外線パス層は、前記カバーベースの内側面及び外側面のいずれかに貼り付けられて、実質的に赤外線波長帯域の光のみを透過させる赤外線パスフィルムを含む請求項１に記載の光学式ジョイスティック。
【請求項３】
前記赤外線パス層は、前記カバーベースの内側面及び外側面のいずれかにコーティングされて、実質的に赤外線波長帯域の光のみを透過させる赤外線パス物質を含む請求項１に記載の光学式ジョイスティック。
【請求項４】
前記赤外線光源は、前記赤外線を出射する赤外線ＬＥＤモジュールを含む請求項１に記載の光学式ジョイスティック。
【請求項５】
前記光学部材を収容するホルダ及び前記受光部の少なくとも一方に備えられて雑光を遮蔽する雑光遮蔽部をさらに有する請求項１に記載の光学式ジョイスティック。
【請求項６】
前記受光部の一側に備えられて、前記受光部へ所定波長帯域の光のみを選択的に透過させる雑光フィルタ部をさらに有する請求項１に記載の光学式ジョイスティック。
【請求項７】
前記雑光フィルタ部は、前記受光部の表面にコーティングされて８５０ｎｍ±１００ｎｍ波長帯域の光を透過させる請求項６に記載の光学式ジョイスティック。
【請求項８】
前記光学部材はホルダの内部に収容され、
前記ホルダは、前記赤外線光源が設けられる光源設置溝と、前記光学部材を収容する収容溝と、雑光を遮断するための雑光流入防止部とを含む請求項１に記載の光学式ジョイスティック。
【請求項９】
前記光源設置溝は、前記収容溝の外側に形成され、
前記赤外線光源は、前記カバー部の前面に実質的に垂直に配設されて、前記カバー部の前面と実質的に並行な方向を向く光出射面を有し、
前記光出射面は、前記光源設置溝の壁面に傾斜して形成される光反射面と対向して配置され、前記光反射面は、前記赤外線光源から出射された赤外線を前記被写体接触面に向けて反射する請求項８に記載の光学式ジョイスティック。
【請求項１０】
前記受光部はホルダに取り付けられる光センサを含み、前記赤外線光源は第１の回路基板に、前記イメージセンサは第２の回路基板に連結され、前記ホルダは前記第１の回路基板に形成された第１の結合孔に挿入される第１の結合突起と前記第２の回路基板に形成された第２の結合孔に挿入される第２の結合突起とを含む請求項９に記載の光学式ジョイスティック。
【請求項１１】
前記第１の結合突起は前記ホルダの側面において側方に突出し、前記第２の結合突起は前記ホルダの背面において後方に突出して、前記第１の回路基板が前記第２の回路基板に実質的に垂直な状態で前記ホルダに結合される請求項１０に記載の光学式ジョイスティック。
【請求項１２】
表示部を有する電子機器本体と、前記電子機器本体に形成された光学式ジョイスティックとを含んでなり、
前記光学式ジョイスティックは、
赤外線を出射する赤外線光源と、
前記赤外線光源により照明され、電子機器の操作のための被写体が接触する被写体接触面が形成されたカバー部と、
前記被写体で反射されて伝達される赤外線を検出する受光部と、
前記被写体で反射されて前記受光部に向かう赤外線の光経路に備えられる光学部材とを含み、
前記カバー部は、前記赤外線光源により照明されるカバーベースと、前記カバーベースの一側に備えられて所定帯域の外部の雑光を遮断し、実質的に赤外線波長帯域の光を透過させる赤外線パス層とを含む携帯電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は光学式ジョイスティック及びこれを有する電子機器に関し、より詳しくは携帯端末のような電子機器のユーザインターフェースへ適用可能な光学式ジョイスティック及びこれを有する携帯電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に携帯電話(Mobile Terminal)やＰＤＡ(Personal Digital Assistants)などの電子機器は、キーパッド(keypad)によるユーザインターフェースを採用している。より詳しくは、一般的な携帯電子機器は、数字、文字及び記号などの入力のために複数のボタンを有するキーパッドを備えており、ユーザは、キーパッドのボタンを押すことにより、数字や単語などの所定のデータを携帯電子機器に入力するか、メニューの選択を行う。また、かかる携帯電子機器は表示部を備えており、ユーザがキーパッドで入力したデータ及び/又はその関連情報を表示する。
【０００３】
近来、電子機器を用いる通信サービスやインターネットサービスなどの支援のために、ＷＩＢＲＯ(Wireless Broadband)のような無線インターネットサービス及び無線移動通信サービスが常用化されており、携帯電話やＰＤＡのような携帯電子機器にはＧＵＩ(Graphical User Interface)の支援のために、ウィンドウＣＥなどのウィンドウの運営体制が採用されている。また、通信技術の進展に伴って、携帯電子機器は多様な付加サービスをユーザに提供しており、ＧＵＩ基盤のウィンドウ運営体制は、携帯電子機器による付加サービスの提供を容易にしている。
【０００４】
一般的な電子機器のより便利な使用のためのユーザインターフェースとしては、マウスやタッチパッド、ジョイスティックなどのポインティング・デバイス（pointing device）がある。近来には、被写体（object）である指の動きによって変化する光信号を感知することにより、カーソル（cursor）のようなポインタを動かすか、所望の情報及び／又は命令の入力を受ける光学式ジョイスティックが開発されて、電子機器に適用されている。
【０００５】
図１及び図２を参照すれば、通常の光学式ジョイスティック１０は、光源１１と、カバー部材１２と、光信号を感知するイメージセンサ１３と、該イメージセンサ１３に光を導く光ガイド１４とを含んで構成される。光学式ジョイスティック１０は、電子機器１とは別に備えられて有無線に連結されるか、あるいは電子機器１の本体２に直接搭載されることが可能である。なお、電子機器１に光学式ジョイスティックが一体に備えられた場合には、電子機器のスリム化のために、厚さを最小に抑えた構造を有することが望ましい。
【０００６】
カバー部材１２は通常平らなプレート状であり、その外側面には電子機器の操作のために指などの被写体２０が接触する被写体接触面１２ａが形成される。また、イメージセンサ１３は入力信号の処理のためのＰＣＢ(図示せず)上に備えられる。これにより、被写体接触面１２ａに被写体２０である指が接触して移動すると、指の動きによってイメージセンサ１３に入力された光信号が変化し、指の動きに従って電子機器を操作することができる。より詳しくは、被写体接触面１２ａに被写体２０が接触していない状態では、光源から出射された光がカバー部材１２を透過し、カバー部材１２の外に照射される。
【０００７】
反面、被写体接触面１２ａに指などの被写体が接触していれば、光源１１から出射された光が被写体２０に当たって反射され、その後、光ガイド１４を通してイメージセンサ１３で撮像される。ここで、被写体接触面１２ａに接触した被写体が移動すると、被写体２０で反射されてイメージセンサ１３で感知された光信号も変化する。
【０００８】
また、イメージセンサ１３が感知した光信号は、イメージ処理部(図示せず)を備える制御部(図示せず)で処理され、これにより、電子機器１の表示部３に被写体の動きに従うカーソルの移動又は入力情報の内容が表示されるか、電子機器に文字及び／又は数字が入力されるか、或いは、所望のコンテンツメニューが選択される。このイメージセンサ１３による光信号の検出及びイメージの制御方式は、コンピュータの光学式マウスの場合と同様であるので、詳しい説明は省略する。
【０００９】
一方、被写体接触面１２ａに被写体２０が接触していない状態では、光源１１から出射された光がカバー部材１２を通して外部へ放出されるため、眩しさによるユーザの目疲労又は視力低下の原因となる。
また、カバー部材１２を介して太陽光、外部照明による外部雑光、例えば可視光線帯域の光または紫外線などが光学式ジョイスティックの内部に流入されてイメージセンサに到達すれば、光学式ジョイスティックが誤作動を起こす問題があり、被写体の動きによる操作の精度が低下する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は上述した問題を解決するためのもので、本発明の目的は、外部の雑光による光学式ジョイスティックの誤作動を防止或いは最小化し、光源がユーザに与える悪影響を防止或いは最小化できる光学式ジョイスティック及びこれを有する携帯電子機器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するための本発明に係る光学式ジョイスティックは、赤外線を出射する赤外線光源と、赤外線光源により照明され、被写体を接触させるための被写体接触面が形成されたカバー部と、被写体で反射されて伝達される赤外線を検出する受光部と、被写体で反射されて受光部に向かう赤外線の光経路に備えられる光学部材とを含む。
【００１２】
本発明の他の一実施形態においては、表示部を有する電子機器本体と、電子機器本体に形成された光学式ジョイスティックとを含む携帯電子機器を提供し、ここで光学式ジョイスティックは、赤外線を出射する赤外線光源と、赤外線光源により照明され、電子機器の操作のための被写体が接触する被写体接触面が形成されたカバー部と、被写体で反射されて伝達される赤外線を検出する受光部と、被写体で反射されて受光部に向かう赤外線の光経路に備えられる光学部材とを含む。
【００１３】
本発明に係る光学式ジョイスティック及び携帯電子機器において、各々のカバー部は、赤外線光源により照明されるカバーベースと、カバーベースの一側に備えられて所定帯域の外部の雑光を遮断し、実質的に赤外線波長帯域の光を透過させる赤外線パス層とを含む。
【００１４】
また、赤外線パス層は、カバーベースの内側面及び外側面のいずれかに貼り付けられて、実質的に赤外線波長帯域の光のみを透過させる赤外線パスフィルムを含むことができる
【００１５】
一方、赤外線パス層は、カバーベースの内側面及び外側面のいずれかにコーティングされて、実質的に赤外線波長帯域の光のみを透過させる赤外線パス物質を含むこともできる。
【００１６】
なお、赤外線光源は、赤外線を出射する赤外線ＬＥＤモジュールを含む。
【００１７】
また、発明に係る光学式ジョイスティック及び携帯電子機器は、光学部材を収容するホルダ及び受光部の少なくとも一方に備えられて雑光を遮蔽する雑光遮蔽部をさらに有することができる。
ここで、雑光遮蔽部は、光を透過しない遮光性材質からなり得る。
【００１８】
また、受光部の一側に備えられて、受光部へ所定波長帯域の光のみを選択的に透過させる雑光フィルタ部をさらに有することができる。
雑光フィルタ部は、受光部の表面にコーティングされて８５０ｎｍ±１００ｎｍ波長帯域の光を透過させる。
【００１９】
また、光学部材はホルダの内部に収容され、ホルダは、赤外線光源が設けられる光源設置溝と、光学部材を収容する収容溝と、雑光を遮断するための雑光流入防止部とを含む。
【００２０】
光源設置溝は、収容溝の外側に形成され、赤外線光源は、カバー部の前面に実質的に垂直に配設されて、カバー部の前面と実質的に並行な方向を向く光出射面を有し、光出射面は、光源設置溝の壁面に傾斜して形成される光反射面と対向して配置され、光反射面は、赤外線光源から出射された赤外線を被写体接触面に向けて反射する。
【００２１】
ここで、受光部はホルダに取り付けられる光センサを含み、赤外線光源は第１の回路基板に、イメージセンサは第２の回路基板に連結され、ホルダは第１の回路基板に形成された第１の結合孔に挿入される第１の結合突起と第２の回路基板に形成された第２の結合孔に挿入される第２の結合突起とを含む。
【００２２】
なお、第１の結合突起はホルダの側面において側方に突出し、第２の結合突起はホルダの背面において後方に突出して、第１の回路基板が第２の回路基板に実質的に垂直な状態でホルダに結合される。
【００２３】
上述した本発明によれば、人の目では殆ど認識できない赤外線帯域の光が、光学式ジョイスティックの外部へ放出されることによる目の疲労感又は視力低下を防止或いは最小化することができ、外部の雑光による影響を防止或いは最小化することができるため、被写体の動きによる操作の精度が向上される。
【発明の効果】
【００２４】
上述した本発明に係る光学式ジョイスティック及びこれを有する電子機器は、以下のような効果を奏する。
第一、本発明によれば、カバー部が赤外線パス層を備えることにより、赤外線帯域以外の外部の雑光が光学式ジョイスティック内へ流入されることを防止できるため、太陽光や外部照明光による光学式ジョイスティックの誤作動を防止或いは最小化し、光学式ジョイスティックの操作精度を向上させることができる。
【００２５】
第二、本発明に係る光学式ジョイスティックによれば、雑光遮蔽部及び/又は雑光フィルタ部を有するため、光センサへ外部の雑光が流入することを再度遮断することが可能であり、光学式ジョイスティックの操作精度をさらに向上させることができる。
【００２６】
第三、本発明によれば、光源が結合された第１の回路基板及び光センサが形成された第２の回路基板が、それぞれ別度に突起と溝との結合によりホルダに容易に固定されるため、組み立て性が良好である。
【００２７】
第四、本発明によれば、ホルダの側壁をなす雑光流入防止部が、被写体で反射されてプリズム及び集光レンズを介して光センサに向かう光と雑光との干渉を防止するため、光学式ジョイスティックの精度が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、上記目的を具体的に実現できる本発明の好ましい実施形態について添付図面を参照して詳細に説明する。なお、本実施形態の説明において、同一又は相当部分は同一符合を付してその説明を省略する。
【００２９】
（第１実施形態）
まず、図３乃至図７を参照して、本発明の第１実施形態に係る光学式ジョイスティック及びこれを有する携帯電子機器を説明する。図３乃至図６を参照すれば、本発明に係る光学式ジョイスティック１００は、光源１１０と、カバー部１２０と、受光部１３０と、光学部材１４０とを含む。
【００３０】
光源１１０は光を出射し、カバー部１２０は光源１１０から出射された光により照明される。本実施形態において、光源１１０としては、可視光線に比べて目に疲労感を与えない赤外線を出射する赤外線光源が好ましい。本実施形態において、赤外線光源は赤外線ＬＥＤモジュールで構成される。
【００３１】
カバー部１２０は赤外線光源１１０により照明され、カバー部１２０には指などの被写体(図示せず)を接触するための被写体接触面１２１が形成されている。以下説明する本発明の多様な実施形態では、説明の簡略化のために、被写体接触面１２１が形成された面を光学式ジョイスティックの前面という。
【００３２】
被写体接触面１２１には赤外線が透過され、被写体接触面１２１に被写体が接触していれば、赤外線光源１１０から出射された赤外線が被写体で反射されて受光部１３０に照射される。
【００３３】
受光部１３０は、被写体で反射された赤外線を検出する。より詳しくは、受光部１３０は、被写体で反射された赤外線を撮像する光センサ１３１を有し、光センサ１３１は回路基板１３２に電気的に連結されている。
【００３４】
光センサ１３１は、回路基板１３２上に備えられるイメージセンサであり、被写体の動きによって変化する赤外線を検出して電気的な信号イメージに再構成する。また、光センサ１３１で撮像された情報はイメージ処理部(図示せず)に提供され、その後、被写体の移動方向、速度、移動距離などの値によって制御部(図示せず)によりディスプレイ画面に出力される。ここで、光センサ１３１の表面には遮光性遮蔽テープ１３１ａ又は光フィルタを取り付けることができる。
【００３５】
光学部材１４０は、被写体で反射されて受光部１３０に向かう赤外線の光経路に備えられるものであり、赤外線の集光及び/又は光経路の形成のための光の屈折/反射の機能を行う。光学部材１４０としては、集光のための集光レンズ１４３や光経路の屈折のための少なくとも一つのプリズム１４１，１４２などがある。
【００３６】
本実施形態では、光学式ジョイスティックのスリム化のために、少なくとも一つのプリズム１４１，１４２が、被写体により後方に反射された赤外線を、光学式ジョイスティックの前面に並行な方向(光学式ジョイスティックの厚さ方向に垂直な方向)に変換(反射)させた後、光センサが位置する後方に反射させて光経路を形成し、これによって十分な焦点深度が得られる。
【００３７】
本実施形態では、互いに分割された一対のプリズム１４１，１４２が赤外線の光経路上に備えられて光ガイドの機能を行い、一対のプリズム１４１，１４２の間には集光、即ちフォーカシング（focusing）のための集光レンズ１４３が備えられる。勿論、光学部材はプリズムや集光レンズに限定されるものではなく、光経路を形成するための導波管や反射鏡などの他の種類も適用可能である。なお、プリズムとレンズとが一体に形成されることもでき、プリズムが分離型ではなく一体型であってもよい。
【００３８】
光学部材１４０はホルダ１５０の内部に収容され、ホルダ１５０には光学部材１４０を収容するための収容溝１５１が形成されている。一対のプリズム１４１，１４２及び集光レンズ１４３が、ホルダ１５０の前方において収容溝１５１に取り付けられる。光学部材１４０は一対のプリズム１４１，１４２の間に設けられ、さらに所定光量の赤外線のみを通過させるためのストップホルダ１４４を含むこともできる。また、ホルダ１５０の一側には、赤外線光源１１０を設けるための光源設置溝１５２が形成されており、赤外線光源１１０が別の回路基板１１１に結合された状態で光源設置溝１５２に取り付けられる。
【００３９】
カバー部１２０はホルダ１５０を覆う。本実施形態において、カバー部１２０はキャップ状であり、前面には被写体接触面が形成され、背面は開放されている。また、カバー部１２０の内部には、ホルダ１５０の形状に対応する中空が形成されている。カバー部１２０はホルダ１５０と結合してホルダ１５０の前方を覆い、かつ側面を取り囲むことにより、プリズム１４１，１４２及び集光レンズ１４３の離脱を防止し、また赤外線光源１１０を保護する。一方、カバー部１２０は所定帯域の外部の雑光を遮断し、実質的に赤外線波長帯域の光を透過させることにより、外部の光源による光学式ジョイスティックの誤作動を防止或いは最小化する。
【００４０】
図５を参照すれば、カバー部１２０は、赤外線光源１１０により照明されるカバーベース１２１ａと、カバーベース１２１ａの一側に備えられて、所定帯域の外部の雑光を遮断しかつ実質的に赤外線波長帯域の光を透過させる赤外線パス層１２１ｂとを含む。カバーベース１２１ａ及び赤外線パス層１２１ｂはカバー部１２０の前面をなし、赤外線パス層１２１ｂはカバーベース１２１ａの内側及び外側のいずれかに、カバーベースと分離又は接触する構造で形成される。
【００４１】
赤外線パス層１２１ｂがカバーベース１２１ａの内側に備えられた場合には、カバーベース１２１ａに被写体接触面１２１が形成され、赤外線パス層１２１ｂがカバーベース１２１ａの外側(前面)に備えられた場合には、赤外線パス層１２１ｂに被写体接触面１２１が形成される。
【００４２】
赤外線パス層１２１ｂは、カバーベース１２１ａの内側面及び外側面のいずれかに取り付けられて、実質的に赤外線波長帯域の光のみを透過させる赤外線パスフィルムを含む。
【００４３】
一方、赤外線パス層１２１ｂは、カバーベース１２１ａの内側面及び外側面のいずれかにコーティングされて、実質的に赤外線波長帯域の光のみを透過させる赤外線パス物質を含むこともできる。
【００４４】
本実施形態は、カバーベース１２１ａの外側面に赤外線パス物質からなる塗料がコーティングされたコーティング層を有する赤外線パス層１２１ｂを開示している。勿論、カバー部１２０は赤外線帯域のみを透過させる光学プラスチック材質で射出形成することもできるが、かかる場合、カバー部の成形材料費用が高くなり、製品不良の際には、大きい費用損失が発生するなどの問題がある。
【００４５】
一方、カバー部１２０の外側面には、スクラッチ(scratch)を防止するためのコーティング材(図示せず)が塗布されることが好ましい。コーティング材料としては、ＵＶ樹脂などの多様なコーティング材が適用可能である。勿論、カバー部１２０の前面のうち、被写体接触面が形成された部分のみに赤外線パス層１２１ｂを形成し、その他の部分は光を完全に遮断してもよい。
【００４６】
図６を参照すれば、ホルダ１５０は、ほぼ四角形の胴体の内部に前面が開放した収容溝１５１が形成された形状であるが、設計条件によっては、円形または四角形以外の他の多角形などの多様な形状を有することができる。また、ホルダ１５０と結合されるカバー部１２０の形状も、円形や多角形などの多様な形状を有することができる。
【００４７】
ホルダ１５０には、上述したように、プリズム１４１，１４２及び集光レンズ１４３が取り付けられる。以下、プリズムのうち、上側のプリズムを第１のプリズム１４１といい、下側のプリズムを第２のプリズム１４２という。
【００４８】
また、収容溝１５１の前方の所定部分、より詳しくは被写体で反射された赤外線が入射する部分を除いた部分は、遮光性遮蔽テープ１６０により遮蔽されることにより、ホルダ１５０の前方から収容溝１５１の内部への雑光の流入が遮断される。
【００４９】
ホルダ１５０には光源１１０と光センサ１３１とが備えられ、説明の簡略化のために、光源１１０に連結される回路基板を第１の回路基板１１１といい、光センサ１３１が連結される回路基板を第２の回路基板１３２という。
第１の回路基板１１１及び第２の回路基板１３２は、ホルダ１５０に結合される。このために、本実施形態において第１の回路基板１１１には少なくとも一つの第１の結合孔１１１ａが形成され、第２の回路基板１３２には少なくとも一つ第２の結合孔１３２ａが形成される。また、ホルダ１５０には、少なくとも一つの第１の結合孔１１１ａに挿入される少なくとも一つの第１の結合突起１５３と、少なくとも一つの第２の結合孔１３２ａに挿入される少なくとも一つの第２の結合突起(図示せず)とが形成される。
【００５０】
本実施形態において、光源１１０が結合された第１の回路基板１１１はホルダ１５０の側面に結合され、第２の回路基板１３２はホルダ１５０の後方に結合される。より詳しくは、第１の結合突起１５３はホルダ１５０の側面において側方に突出し、第２の結合突起はホルダ１５０の背面において後方に突出する。
【００５１】
ここで、第１の結合突起１５３は光源設置溝１５１の壁面又はそれに隣接する位置に形成され、光センサ１３１は第２の回路基板１３２の前方に形成され、第１の回路基板１１１と第２の回路基板１３２は実質的に垂直な状態でホルダ１５０に結合される。一方、設計条件によっては、第１の回路基板１１１と第２の回路基板１３２が互いに並列に配置されることもでき、直角ではない他の角度で配置されることもできる。
【００５２】
また、第１の回路基板１１１及び第２の回路基板１３２は軟性の回路基板１３３によって互いに連結され、第２の回路基板１３２は後述する携帯電子機器の主回路基板(図示せず)に連結される。
【００５３】
上記の構成を有する本発明に係る光学式ジョイスティックによれば、赤外線光源１１０から出射された赤外線は、カバーベース１２１ａ及び赤外線パス層１２１ｂを透過して被写体に当たって反射された後、カバー部１２０の内部へ入射する。反面、太陽光や外部の照明光から出射された所定の波長帯域の光、例えば紫外線や可視光線は、カバー部１２０の赤外線パス層１２１ｂにより遮断されるため、外部の雑光が光センサ１３１に到達することを防止或いは最小化し、被写体の動きによる操作精度が向上される。
【００５４】
なお、カバー部１２０の内部に反射された赤外線は、一対のプリズムのうち、第１のプリズム１４１の入射面へ入射し、その後、集光レンズ１４３を経て第２のプリズム１４２の出射面を介して出射されて、光センサ１３１に到達する。これにより、光センサ１３１により検出された赤外線情報に従って、後述する携帯電子機器が操作される。
【００５５】
図７は、本発明に係る光学式ジョイスティックを有する携帯電子機器の一実施形態としてＰＤＡを示している。
携帯電子機器５０は、表示部５１を有する電子機器本体５２と光学式ジョイスティック１００とを含む。光学式ジョイスティック１００は、電子機器本体５２に一体に形成され、電子機器本体５２の内部には主回路基板(図示せず)及び各種の電装部品が備えられる。
【００５６】
これにより、ユーザが光学式ジョイスティック１００の被写体接触面１２１に接触した指を動かすと、その指の動きに従って表示部５１の画面でポインタ又はカーソルが移動し、文字、数字の入力あるいはメニューの選択などの所望の作業を行うことができる。本実施形態では、携帯電子機器としてＰＤＡを開示したが、これに限られず、携帯電話やナビ、リモコンなどの多様な電子機器に適用することができる。
【００５７】
（第２実施形態）
次いで、図８及び図９を参照して本発明の第２実施形態に係る光学式ジョイスティックを説明する。
図８及び図９を参照すれば、本発明の第２実施形態に係る光学式ジョイスティック２００は、光源２１０と、カバー部２２０と、ホルダ２５０の内部に収容される光学部材２４０と、光検出のための受光部２３０とを含む。
【００５８】
ホルダ２５０は、光学部材２４０を収容する収容溝２５１と、光源２１０が設けられる光源設置溝(図示せず)とを備え、カバー部２２０に結合されることにより密閉されている。収容溝２５１はホルダ２５０の中央部に、光源設置溝はホルダ２５０の周縁部に形成されるが、設計条件によっては、その他の位置に形成されることもできる。
【００５９】
光学部材２４０は、結像のための集光レンズ２４３と、光経路の変換のために光を反射及び/又は屈折させる少なくとも一つのプリズム２４１，２４２とを備える。本実施形態において、光学部材２４０は一対のプリズム２４１，２４２を含み、集光レンズ２４３は一対のプリズム２４１，２４２の間に設けられて受光部２３０に向かう赤外線をフォーカシングする。なお、一対のプリズム２４１，２４２及び集光レンズ２４３は互いに一体に形成される。
【００６０】
なお、本実施形態において、光学式ジョイスティック２００は、外部の雑光、例えば太陽光や外部の照明光による雑光及び/又は被写体で反射された光のうち、難反射や拡散などにより所定の光経路を離脱した光を遮蔽するための雑光遮蔽部２６１，２６２，２６３をさらに含む。本実施形態においては、ホルダ２５０及び受光部２３０のいずれかに雑光遮蔽部２６１，２６２が形成され、さらにカバー部２２０にも雑光遮蔽部２６３が形成されることができる。雑光遮蔽部２６１，２６２，２６３は、所定帯域の光のみを通過させるバンドパスフィルタ型で構成され、本実施形態では光が透過されない遮光性材質の接着式テープで構成されている。
【００６１】
カバー部２２０は、底が開放した円形のキャップ状であり、ホルダ２５０を取り囲むリム２２１と、リムの前面をなす平らな前面プレート２２２とを含む。光学部材２４０と光源が取り付けられたホルダ２５０とは、カバー部２２０の内部に挿入されて結合される。ここで、カバー部２２０の前面プレート２２２は、光が透過される透過部２２２ａと光が透過されない非透過部２２２ｂとに区画される。例えば、透過部２２２ａには投光性塗料がコーティングされて被写体接触面を形成し、非透過部２２２ｂには遮光性塗料がコーティングされる。
【００６２】
一方、カバー部２２０を材質の異なるプラスチックで二重射出成形することにより、カバー部の前面プレート２２２を透過部２２２ａと非透過部２２２ｂとに区画することもできる。
【００６３】
一方、カバー部２２０、特にカバー部の前面プレート２２２は、上述した第１実施形態でのように、カバーベースと赤外線パス層とを含むことができる。また、前面プレート２２２が、上述したように透過部と非透過部とに区画された場合には、赤外線パス層は透過部２２２ａの内側及び/又は外側のみに提供されることができる。
【００６４】
光源２１０は赤外線ＬＥＤのような赤外線光源からなる。赤外線ＬＥＤは、可視光線を放射する高輝度の光源に比べて、ユーザが長時間光源に露出されても、目に疲労感を与えない。
【００６５】
カバー部２２０に形成された雑光遮蔽部２６３を第１の雑光遮蔽部とすれば、第１の雑光遮蔽部２６３は、カバー部２２０の内側に形成されて、前面プレート２２２の全面のうち所定の部分を遮る。また、ホルダ２５０に形成された雑光遮蔽部２６１を第２の雑光遮蔽部とすれば、第２の雑光遮蔽部２６１は、ホルダ２５０の前面に形成されて、光学部材２４０の前方から流入される雑光を遮断する。
【００６６】
なお、受光部２３０は、本発明の第１実施形態でのように、光センサ２３１を含み、受光部２３０に形成された雑光遮蔽部２６２を第３の雑光遮蔽部とすれば、第３の雑光遮蔽部２６２は、光センサ２３１の全面のうち、所定の部分を遮る。また光センサ２３１は回路基板２３２の前面に備えられる。
【００６７】
より詳しくは、第１の雑光遮蔽部２６３は、前面プレート２２２のうち、被写体接触面を除いた部分を遮って非透過部２２２ｂを形成し、第２の雑光遮蔽部２６１は、被写体で反射されて光センサ２３１に向かう赤外線の光経路に干渉しないように、収容溝２５１の前方に備えられて光学部材２４０の前方の一部を遮る。また、第３の雑光遮蔽部２６２は、光センサ２３１の所定部分、特に赤外線が結像される焦点部分を除いた部分を遮ることにより、赤外線が光センサ２３１に伝達される過程において光センサ２３１の一部分に正確な撮像が行われるようにする。
【００６８】
本実施形態による光学式ジョイスティック２００の光経路、動作原理、各々の構成の基本機能及びその他の構成には、上述した第１実施形態を同様に適用できるため、繰り返し説明は省略する。
【００６９】
（第３実施形態）
次いで、図１０及び図１１を参照して本発明の第３実施形態に係る光学式ジョイスティックを説明する。
本実施形態による光学式ジョイスティック１００ａは、光源１１０と、カバー部１２０と、ホルダ１５０の内部に収容される光学部材１４０と、光検出のための受光部１３０とを含む。
【００７０】
本発明に係る光学式ジョイスティック１００ａはさらに、受光部１３０の一側に形成されて、受光部１３０へ所定波長帯域の光のみを選択的に透過させる雑光フィルタ部１３４を含む。
【００７１】
雑光フィルタ部１３４は、受光部１３０の表面にコーティングされて８５０ｎｍ±１００ｎｍ波長帯域の赤外線光を透過させる。より詳しくは、受光部１３０は光センサ１３１を含み、雑光フィルタ部１３４が光センサ１３１に実質的に赤外線波長帯域の光のみが到達するように雑光をフィルタリングすることにより、雑光による光学式ジョイスティックの誤作動を防止或いは最小化して動作の精度を向上させる。本実施形態においては、雑光フィルタ部１３４がバンドパスフィルタであるが、これに限定されず、その他の形態も適用可能である。
【００７２】
なお、カバー部１２０の構成は上述した第１実施形態と同様である。上述した構成以外の光学式ジョイスティックの他の構成及び動作原理も上述した実施形態を適用でき、同一構成については同一符号を付いて、詳しい説明は省略する。但し、カバー部１２０及びホルダ１５０などの外観の形状は、デザイン条件に従って変更可能である。
【００７３】
（第４実施形態）
図１２乃至図１４には、本発明の第４実施形態に係る光学式ジョイスティックが示されている。
図１２乃至図１４を参照すれば、本実施形態による光学式ジョイスティック３００は、光源３１０と、被写体が接触するカバー部３２０と、ホルダ３５０の内部に収容される光学部材３４０と、光検出のための光センサ３３１を有する受光部３３０とを含む。光源３１０及び受光部３３０には、上述した実施形態と同じ構成を適用でき、その機能も同一であるため、詳しい説明は省略する。
【００７４】
カバー部３２０は、携帯用電子機器の操作のために指などの被写体が接触する部分であり、ホルダ３５０と結合される。ホルダ３５０は合成樹脂材質で射出成形されるが、製造方法がこれに限定されるものではない。
【００７５】
光源３１０も、上述した実施形態のように、赤外線を出射する赤外線光源３１０、特に赤外線ＬＥＤであるが、これに限定されるものではない。なお、光源３１０は、ホルダ３５０に結合される第１の回路基板３１１に形成されて、第１の回路基板３１１と電気的に連結される。また、光センサ３３１は、ホルダ１５０に結合される第２の回路基板３３２上に取り付けられる。従って、本実施形態において、光源３１０と光センサ３３１とは、互いに分割された第１の回路基板３１１と第２の回路基板３３２とに夫々形成され、第１の回路基板３１１と第２の回路基板３３２は連結部３３３によって互いに連結される。
【００７６】
連結部３３３は、第１の回路基板３１１及び第２の回路基板３３２の設置自由度を高めるために、軟性の回路基板であることが望ましい。第１の回路基板３１１及び第２の回路基板３３２をホルダ３５０に取り付けるために、ホルダ３５０は、少なくとも一つの第１の結合突起３５３及び少なくとも一つの第２の結合突起３５４を含む。
【００７７】
本実施形態において、ホルダ１５０は、第１の結合突起３５３及び一対の第２の結合突起３５４を含み、第１の結合突起３５３は第１の回路基板３１１をホルダ３５０に固定させ、一体の第２の結合突起３５４は第２の回路基板３３２をホルダ３５０に固定させる。
【００７８】
より詳しくは、第１の回路基板３１１には第１の結合突起３５３が挿入される第１の結合孔３１１ａが形成され、第２の回路基板３３２には第２の結合突起３５４が挿入される第２の結合孔３３２ａが形成される。また、第１の結合突起３５３は、光源が設けられたホルダ３５０の光源設置溝３５２に隣接して形成されている。
【００７９】
本実施形態において、光源設置溝３５２はホルダ１５０の側面に形成され、第１の結合突起３５３はホルダ１５０の側面、より詳しくは光源設置溝３５２の壁面において側方に突出して形成される。また、第２の結合突起３５４は、第２の回路基板３３２が結合されるホルダ３５０の背面において後方に突出して形成される。
【００８０】
これにより、光源３１０と光センサ３３１がぞれぞれ第１の回路基板３１１と第２の回路基板３３２に結合された状態で、第１の結合突起３５３を第１の回路基板３１１の第１の結合孔３１１ａに嵌合し、第２の結合突起３５４を第２の回路基板３３２の第２の結合孔３３２ａに嵌合すれば、第１の回路基板３１１と第２の回路基板３３２とがホルダ３５０の側面及び背面にそれぞれ固定される。光源設置溝３５２の位置、深さ又は幅などは、光源３１０の設置位置、光照射方向及び光源のサイズなどの設計条件によって変更できる。
【００８１】
本実施形態において、第２の結合突起３５４はホルダ３５０の背面の周縁部に形成されるが、これに限定されるものではない。第１の回路基板３１１は第２の回路基板３３２に実質的に垂直に、ホルダ３５０に結合されている。第１の結合突起３５３及び/又は第２の結合突起３５４は、円形の断面又は多角形の断面など多様な形状を有することができ、フックタイプであってもよい。
【００８２】
また、ホルダ３５０の内部にはプリズム、導波管及び/又はレンズなどの光学部材が収容され、ホルダ３５０の前面には遮蔽テープ３６０が備えられて、ホルダ３５０の内部へ雑光が流入することを防止或いは最小化する。より詳しくは、ホルダ３５０には、光学部材３４０を収容するための収容溝３５１が形成され、収容溝３５１の一側には光源設置溝３５２が形成されている。ここで、収容溝３５１には、一体型又は分離型からなる少なくとも一つのプリズムとの結像のための少なくとも一つのレンズが備えられる。
【００８３】
本実施形態において、ホルダの収容溝３５１には、被写体により反射された光を屈折または反射することにより光経路を形成する一対のプリズム３４１，３４２と、集光レンズ３４３とが備えられる。一対のプリズム３４１，３４２は一体型又は分離型で形成されることができ、集光レンズ３４３は一対のプリズム３４１，３４２の間に備えられるが、一対のプリズム３４１，３４２は集光レンズ３４３と一体型又は分離型で形成されることができる。
【００８４】
集光レンズ３４３の倍率は０．５乃至２．５に設定されるが、条件によって変更することが可能である。なお、本発明に係る光学式ジョイスティックでは、光センサ３３１に向かう光のうち、外部の雑光を遮断するストップホルダ３４４をさらに含んでもよい。
【００８５】
ストップホルダ３４４は、一対のプリズム３４１，３４２の間に備えられ、より詳しくは、集光レンズ３４３の一側に形成されることができるが、それに限定されるものではない。説明の簡略化のために、一対のプリズムのうち、上側のプリズムを第１のプリズム３４１といい、下側のプリズムを第２のプリズム３４２という。ストップホルダ３４４は光通路のための開口孔３４４ａを有し、光センサ３３１に向かう光の中心部は開口孔３４４ａを通過し、外郭の他の部分はストップホルダ３４４の壁により遮断される。ストップホルダ３４４は多様な方式で製造可能であり、例えば、不透明合成樹脂材で射出成形することにより製造することができる。
【００８６】
なお、ホルダ３５０は、雑光を遮断するための雑光流入防止部３５５を含む。本実施形態において、雑光流入防止部３５５は、ホルダ３５０の側壁、特に収容溝３５１の一側壁を形成する。より詳しくは、雑光流入防止部３５５は、光源設置溝３５２の一側壁をなすように傾斜して形成され、赤外線光源３１０から出射された赤外線を被写体接触面に向けて反射させる光反射面３５５ａを含む。
【００８７】
光反射面３５５ａが形成された光源設置溝３５２の一側壁は、収容溝３５１の側壁を形成することにより、光源設置溝３５２と収容溝３５１の間を遮断する。これにより、雑光流入防止部３５５は、難反射及び/又は拡散により光経路から外れてプリズム又は集光レンズに流入される雑光を遮断する。
【００８８】
一方、赤外線ＬＥＤなどの光源３１０は、光学式ジョイスティックの前面、即ち被写体接触面が形成されたカバー部３２０の前面プレートに垂直に配置される。より詳しくは、光源３１０は、収容溝３５１の外側に備えられた光源設置溝３５２に取り付けられる。また、光源３１０は、カバー部３２０の前面、即ち前面プレートに実質的に垂直に配置される。
【００８９】
ここで、光源３１０は、カバー部３２０の前面と実質的に並行な方向を向く光出射面を有する。従って、光源３１０の光出射面がカバー部の前面に実質的に垂直に配置される。
なお、光源３１０は、光源設置溝３５２の壁面に傾斜して形成される光反射面３５５ａと対向し、光反射面３５５ａに向けて赤外線を出射する。即ち、被写体接触面に垂直な光源３１０の光出射面が光反射面３５５ａと対向するように、カバー部３２０の前面プレートに実質的に垂直に配置される。また、光反射面３５５ａは、カバー部３２０の前面プレートに対して傾斜して形成され、光源３１０から出射された赤外線を被写体接触面に向けて反射させる。
【００９０】
一方、カバー部３２０の構成は上述した第１実施形態と同様である。上述した構成以外の光学式ジョイスティックの他の構成及び動作原理も上述した実施形態を適用でき、同一構成については同一符号を付いて、詳しい説明を省略する。
【００９１】
以下、上述した構成を有する本実施形態による光学式ジョイスティックを有する電子機器において、光学式ジョイスティックによる光経路を説明する。
まず、ユーザが光学式ジョイスティックを使用するために電子機器のプログラムモードを選択し、指などの被写体をカバー部の被写体接触面に接触すれば、光源３１０から出射された光が被写体に当たって反射された後、第１のプリズム３４１に入射される。
【００９２】
ここで、光源３１０から出射された光は雑光流入防止部の光反射面３５５ａに当たって反射され、その後、被写体接触面に照射される。雑光流入防止部３５５は、ホルダ３５０の側面からプリズム３４１，３４２又は集光レンズ３４３へ雑光が流入することを防止して、側面から流入される雑光により被写体で反射された光が干渉されることを防止する。
【００９３】
また、第１のプリズム３４１に入射した光は、第１のプリズム３４１により光経路が９０°変換し、集光レンズ３４３とストップホルダ３４４とを通過する。次いで、第２のプリズム３４２に入射した光は、第２のプリズム３４２により光経路が９０°変換し、その後、光センサ３３１により撮像される。なお、光センサで撮像された情報により、電子機器に備えられた制御部(図示せず)は、電子機器のディスプレイ画面にカーソルやポインタのような所定の映像を出力する。
【００９４】
以上、本発明を実施形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施形態に記載の範囲には限定されない。上記実施形態に、多様な変更又は改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。そのような変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００９５】
【図１】一般的な光学式ジョイスティックを備える携帯電子機器を示す斜視図である。
【図２】一般的な光学式ジョイスティックの内部構造を示す断面図である。
【図３】本発明に係る光学式ジョイスティックの第１実施形態を示す断面図である。
【図４】カバー部が除去された本発明に係る光学式ジョイスティックの第１実施形態を示す斜視図である。
【図５】図３の“Ａ”部を拡大して示す断面図である。
【図６】カバー部が除去された本発明に係る光学式ジョイスティックの第１実施形態を示す分解斜視図である。
【図７】本発明に係る光学式ジョイスティックを有する携帯電子機器の一実施形態を示す斜視図である。
【図８】本発明に係る光学式ジョイスティックの第２実施形態を示す分解斜視図である。
【図９】図８に示した光学式ジョイスティックの断面図である。
【図１０】本発明に係る光学式ジョイスティックの第３実施形態を示す断面図である。
【図１１】カバー部が除去された本発明に係る光学式ジョイスティックの第３実施形態を示す分解斜視図である。
【図１２】本発明に係る光学式ジョイスティックの第４実施形態を示す断面図である。
【図１３】カバー部が除去された本発明に係る光学式ジョイスティックの第４実施形態を示す斜視図である。
【図１４】カバー部が除去された本発明に係る光学式ジョイスティックの第４実施形態を示す分解斜視図である。
【符号の説明】
【００９６】
１００・・・光学式ジョイスティック、１１０・・・光源、１１１・・・回路基板、１２０・・・カバー部、１２１・・・被写体接触面、１２１ａ・・・カバーベース、１２１ｂ・・・赤外線パス層、１３０・・・受光部、１３１・・・光センサ、１３２，１３３・・・回路基板、１３４・・・雑光フィルタ部、１４０・・・光学部材、１４１，１４２・・・プリズム、１４３・・・集光レンズ、１４４・・・ストップホルダ、１５０・・・ホルダ、１５１・・・収容溝、１５２・・・光源設置溝、１５３・・・結合突起、１６０・・・遮光性遮蔽テープ、２００・・・光学式ジョイスティック、２１０・・・光源、２２０・・・カバー部、２２１・・・リム、２２２・・・前面プレート、２３０・・・受光部、２３１・・・光センサ、２３２・・・回路基板、２４０・・・光学部材、２４１，２４２・・・プリズム、２４３・・・集光レンズ、２５０・・・ホルダ、２５１・・・収容溝、２６１，２６２，２６３・・・雑光遮蔽部、３００・・・光学式ジョイスティック、３１０・・・光源、３１１・・・回路基板、３２０・・・カバー部、３３０・・・受光部、３３１・・・光センサ、３３２・・・回路基板、３３３・・・連結部、３４０・・・光学部材、３４１，３４２・・・プリズム、３４３・・・集光レンズ、３４４・・・ストップホルダ、３５０・・・ホルダ、３５１・・・収容溝、３５２・・・光源設置溝、３５３、３５４・・・結合突起
【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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