KR20110051165A - Apparatus and method of finger-motion based navigation using optical sensing - Google Patents

Apparatus and method of finger-motion based navigation using optical sensing Download PDF

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Abstract

하나의 실시예는 광학 내비게이션 장치에 관한 것이다. 상기 장치는 상기 장치 표면에 있는 홀, 상기 홀을 통해 조사 빔을 제공하는 광원, 상기 홀 위에 놓인 손가락의 조사된 부위에 의해 생성된 광을 수신하고 상기 광으로부터 감지기 평면에 이미지를 생성하도록 구성된 이미징 시스템, 및 상기 홀에 대한 상기 손가락의 측면 움직임을 감지하도록 구성된 상기 감지기 평면에 위치한 트래킹 센서 어레이를 포함하고 있다. 추가로, 상기 장치는 상기 장치의 상기 표면 위로 상기 손가락이 리프팅하는 것을 감지하도록 구성된 감지기 평면에 위치한 리프트 센서를 포함하고 있다. 기타 실시예들, 측면들 및 특징들 또한 개시된다.One embodiment relates to an optical navigation device. The device is imaging configured to receive light generated by a hole on the surface of the device, a light source providing an irradiation beam through the hole, and an irradiated portion of a finger placed on the hole and generating an image from the light onto the detector plane And a tracking sensor array positioned on the detector plane configured to sense lateral movement of the finger relative to the hole. In addition, the device includes a lift sensor located on a detector plane configured to detect the lifting of the finger over the surface of the device. Other embodiments, aspects, and features are also disclosed.

Description

광학 센싱을 이용한 손가락 동작 기반 내비게이션 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD OF FINGER-MOTION BASED NAVIGATION USING OPTICAL SENSING}Finger movement based navigation device and method using optical sensing {APPARATUS AND METHOD OF FINGER-MOTION BASED NAVIGATION USING OPTICAL SENSING}

본 발명은 일반적으로 컴퓨터 및 전자장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 컴퓨터 및 전자장치용 내비게이션 장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates generally to computers and electronic devices, and more particularly to navigation devices and methods for computers and electronic devices.

컴퓨터 마우스, 트랙볼, 터치패드, 포인팅 스틱(지우개 너브), 조이스틱, 및 스크롤 휠 등의 포인팅 장치들이 개인용 컴퓨터와 워크스테이션에 데이터를 입력하고 인터페이스하기 위한 것으로 주지되어 있다. 상기 장치들은 커서를 모니터 상에서 신속하게 재위치시킬 수 있고, 다수의 텍스트, 데이터베이스 및 그래픽 프로그램에서 유용하다. 예를 들면, 유저가 상기 마우스를 표면 위에서 움직임으로써 상기 커서를 상기 마우스 이동에 비례하여 임의의 방향 및 거리만큼 이동하게 함으로써 상기 커서를 제어한다. 또는, 동일한 목적을 위해, 터치패드와 같은 고정형 장치 위에서의 손의 움직임을 이용할 수도 있다.Pointing devices such as computer mice, trackballs, touchpads, pointing sticks (eraser nubs), joysticks, and scroll wheels are well known for inputting and interfacing data to personal computers and workstations. Such devices can quickly reposition a cursor on a monitor and are useful in many text, database and graphic programs. For example, the user controls the cursor by moving the mouse over a surface such that the cursor is moved by an arbitrary direction and distance in proportion to the movement of the mouse. Alternatively, for the same purpose, hand movements on a stationary device such as a touchpad may be used.

하나의 실시예는 광학 내비게이션 장치에 관한 것이다. 상기 장치는 상기 장치 표면에 있는 홀(hole), 상기 홀을 통해 조사하는 빔을 제공하는 광원, 상기 홀 위에 놓인 손가락의 조사된 부위에 의해 생성된 광을 수신하고 상기 광으로부터 감지기 평면에 이미지를 생성하도록 구성된 이미징 시스템, 및 상기 홀에 대한 상기 손가락의 측면 움직임을 감지하도록 구성된 상기 감지기 평면에 위치한 트래킹 센서 어레이(tracking sensor array)를 포함하고 있다. 추가로, 상기 장치는 상기 장치의 상기 표면 위로 상기 손가락이 리프팅하는 것을 감지하도록 구성된 감지기 평면에 위치한 리프트 센서를 포함하고 있다.One embodiment relates to an optical navigation device. The device receives light generated by a hole on the surface of the device, a light source providing a beam to irradiate through the hole, and an irradiated portion of a finger placed on the hole, and receives an image from the light onto the detector plane. An imaging system configured to generate and a tracking sensor array located on the detector plane configured to detect lateral movement of the finger relative to the hole. In addition, the device includes a lift sensor located on a detector plane configured to detect the lifting of the finger over the surface of the device.

기타 실시예들, 측면들 및 특징들 또한 개시된다.Other embodiments, aspects, and features are also disclosed.

본 발명의 상기 및 다양한 기타 특징들과 이점들은 첨부된 도면 및 하기에 제공된 부속 청구항들과 함께 아래의 상세한 설명에 의해서 명백해질 수도 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 광학 센싱을 이용한 손가락 동작 기반 이차원 내비게이션용 장치의 개략도이다.
도 2는 도 1의 장치 내 상기 홀 위에서의 수직방향 손가락 동작을 보여주는 개략도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 광학 센서용 이차원 빗 어레이(comb array)를 보여주고 있다.
도 4A는 본 발명의 일실시예에 따라 리프트를 감지하기 위해서 바이셀(bi-cell)로서 전자적으로 그룹 분류된 요소부들을 가진 트래킹 센서 어레이의 개략도이다.
도 4B는 본 발명의 또 다른 일실시예에 따라 리프트를 감지하기 위해서 쿼드셀(quad-cell)로서 전자적으로 그룹 분류된 요소부들을 가진 트래킹 센서 어레이의 개략도이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 트래킹 센서 어레이 및 인접하는 바이셀 리프트 센서의 개략도이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 광학 센서를 이용한 손가락 동작 기반 내비게이션 방법에 대한 흐름도이다.These and various other features and advantages of the invention may be apparent from the following detailed description taken in conjunction with the accompanying drawings and the appended claims provided below.
1 is a schematic diagram of a device for finger motion based two-dimensional navigation using optical sensing according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic diagram showing vertical finger movement over the hole in the device of FIG. 1. FIG.
3 shows a two-dimensional comb array for an optical sensor in accordance with one embodiment of the present invention.
4A is a schematic diagram of a tracking sensor array with elements grouped electronically as a bi-cell to sense lift in accordance with one embodiment of the present invention.
4B is a schematic diagram of a tracking sensor array with element portions electronically grouped as quad-cells to detect lifts in accordance with another embodiment of the present invention.
5 is a schematic diagram of a tracking sensor array and an adjacent bicell lift sensor in accordance with another embodiment of the present invention.
6 is a flowchart illustrating a finger motion based navigation method using an optical sensor according to an embodiment of the present invention.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 광학 센싱을 이용한 손가락 동작 기반 이차원 (x-y 차원) 내비게이션용 장치(100)의 개략도이다. 보이는 바와 같이, 상기 장치는 바람직하게는 휴대용 또는 손바닥크기의 장치일 수도 있다. 예를 들면, 상기 장치는 휴대폰, 개인 디지털 단말기, 휴대용 뮤직 플레이어, 디지털 카메라, 글로벌 위치추적 시스템(GPS) 장치, 랩탑 컴퓨터, 타블렛 컴퓨터, 게임 콘솔, 리모트 컨트롤, 또는 이들 장치의 조합일 수도 있다.1 is a schematic diagram of a device 100 for finger motion based two-dimensional (x-y dimension) navigation using optical sensing in accordance with one embodiment of the present invention. As can be seen, the device may preferably be a portable or palm-sized device. For example, the device may be a mobile phone, a personal digital terminal, a portable music player, a digital camera, a global positioning system (GPS) device, a laptop computer, a tablet computer, a game console, a remote control, or a combination of these devices.

상기 휴대용 또는 손바닥크기의 장치들의 경우, 유저의 동작이 일반적으로 제한된다. 따라서, 컴팩트한 유저 내비게이션 시스템 설치가 대단히 요구된다. 본 출원은 손가락 동작에 대해 광학 센싱을 이용하는 매우 컴팩트한 유저 내비게이션 시스템을 개시하고 있다. 환언하면, 본 출원은 유저 손가락 동작에 대한 광학 센싱을 통해 컴퓨터 마우스 같은 기능성 (및 추가 기능성도 가능함)을 제공하는 기술을 개시하고 있다.In the case of the portable or palm-sized devices, the operation of the user is generally limited. Therefore, the installation of a compact user navigation system is greatly required. The present application discloses a very compact user navigation system that uses optical sensing for finger motion. In other words, the present application discloses a technique for providing computer mouse-like functionality (and possibly additional functionality) through optical sensing of user finger movement.

여기에서 개시한 장치에서 손가락 동작을 감지하는 광학 센싱의 이용은 터치패드에 의한 정전용량식 센싱의 이용과 대비되고 그에 비해 이점을 갖는다. 예를 들면, 여기에서 개시한 장치는 기존의 터치패드보다 훨씬 더 훌륭한 트래킹 해상도를 갖는다.The use of optical sensing for sensing finger motion in the device disclosed herein is in contrast to and has an advantage over the use of capacitive sensing by a touchpad. For example, the device disclosed herein has a much better tracking resolution than conventional touchpads.

도 1에서 보여지듯이, 상기 장치(100)의 표면(101)은 거기에 배치된 소형 홀(102)을 갖는다. 상기 홀(102)은 예를 들면, 직경 1 cm 미만일 수도 있다. 상기 홀은 유저 손가락과의 편안한 인터페이스를 제공하고, 손가락이 내비게이션하는 동안 원활한 동작을 촉진하도록 인체공학적으로(ergonomically) 고안하는 것이 바람직하다.As shown in FIG. 1, the surface 101 of the device 100 has a small hole 102 disposed therein. The hole 102 may be, for example, less than 1 cm in diameter. The hole is preferably ergonomically designed to provide a comfortable interface with the user's fingers and to facilitate smooth movement during finger navigation.

유저의 손가락(110)은 상기 홀(102) 상면 또는 그 상부에 위치될 수도 있다. 여기에 개시된 바와 같이, 상기 x-y 평면에서의 (상기 장치 표면(101)에 평행함) 상기 손가락 동작(112)이 이차원 내비게이션 시그널을 생성하는데 사용될 수도 있다. 여기에 더욱 개시된 바와 같이, 상기 이차원 내비게이션 시그널은 바람직하게는 광학 수단에 의해 생성될 수도 있다.The user's finger 110 may be located on or above the hole 102. As disclosed herein, the finger motion 112 in the x-y plane (parallel to the device surface 101) may be used to generate a two-dimensional navigation signal. As further disclosed herein, the two-dimensional navigation signal may preferably be generated by optical means.

본 발명의 일실시예에 따르면, 레이저 및 센서 패키지(150)가 상기 장치(100) 내 상기 홀(102) 아래에 배치될 수도 있다. 상기 레이저 및 센서 패키지(150)의 확대된 도시가 도 1의 하부에 나와있다.According to one embodiment of the invention, a laser and sensor package 150 may be disposed below the hole 102 in the device 100. An enlarged illustration of the laser and sensor package 150 is shown at the bottom of FIG. 1.

상기 레이저 및 센서 패키지(150)는 레이저 소스(153) (예를 들면, 수직 공동 표면 발광 레이저(Vertical Cavity Surface Emitting Laser: VCSEL) 및 센서 어레이와 회로(154)가 배치되어 있는, 기판(152)을 포함할 수도 있다. 상기 패키지(150)는 상기 레이저(153)로부터의 레이저 빔의 초점을 맞추고 그 방향을 인도해서 상기 홀(102)로부터 방출하기 위해 배치된 광 회로(157), 및 유저 손가락(110)으로부터 산란된 광의 초점을 상기 센서 어레이(154) 상에 맞추고 그 방향을 인도하기 위해 배치된 광 회로(158)를 포함하는 광 집적 회로 (156)를 포함할 수도 있다.The laser and sensor package 150 includes a substrate 152, in which a laser source 153 (e.g., a vertical cavity surface emitting laser (VCSEL) and sensor array and circuit 154) is disposed. The package 150 may include an optical circuit 157 disposed to focus and guide the direction of the laser beam from the laser 153 and to emit it from the hole 102, and a user finger. It may also include an optical integrated circuit 156 including an optical circuit 158 disposed to focus and direct the direction of light scattered from 110 on the sensor array 154.

본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 산란된 광이 상기 센서 어레이(154)의 평면에 반점 무늬를 형성한다. 상기 반점 무늬의 수평(x-y 차원) 이동을 정확히 트래킹하기 위해서, 상기 센서 어레이(154)용 회로는 이차원 빗 어레이를 구현하도록 구성하는 것이 바람직할 수도 있다. 이차원 빗 어레이를 구현하기 위한 회로가 도 3에 있어서 보다 하부에 표현되어 있다.According to one embodiment of the invention, the scattered light forms a spot pattern on the plane of the sensor array 154. In order to accurately track the horizontal (x-y dimensional) movement of the spot fringes, the circuitry for the sensor array 154 may be configured to implement a two-dimensional comb array. The circuit for implementing the two-dimensional comb array is shown at the bottom in FIG. 3.

유리하게도, 매우 작은 손가락 동작이 본 기술을 이용하여 트래킹될 수도 있다. 예를 들면, 이 같은 시스템을 이용하여 손가락 동작은 인치당 도트 수가 3,000 dpi를 넘는 해상도로 트래킹될 수도 있다. 실제 해상도는 작동 파장을 포함하여, 상기 구현예에 따라 달라질 것이다.Advantageously, very small finger gestures may be tracked using the present technique. For example, using such a system, a finger gesture may be tracked at a resolution in which the number of dots per inch exceeds 3,000 dpi. Actual resolution will vary depending upon the embodiment, including the operating wavelength.

도 2는 도 1의 상기 장치(100)에 있어서 상기 홀(102) 위에서의 수직방향 (z-차원) 손가락 동작(202)을 보여주는 개략도이다. 상기 수직(수평 대신) 동작 이외에는, 도 2는 도 1과 동일한 구성요소들을 보여주고 있다. 또한 상기 수직 손가락 동작(202)은 리프팅 동작 또는 리프트 높이 변화로 불릴 수도 있다.FIG. 2 is a schematic diagram showing a vertical (z-dimensional) finger gesture 202 above the hole 102 in the device 100 of FIG. 1. Except for the vertical (instead of horizontal) operation, FIG. 2 shows the same components as in FIG. 1. The vertical finger gesture 202 may also be called a lifting gesture or lift height change.

본 발명의 바람직한 일실시예는 상기 홀(102) 위에서의 이차원 수평 손가락 동작(112)을 감지할 뿐만 아니라, 상기 홀(102) 위에서 손가락(110)의 수직 손가락 동작(202)을 감지하기 위해서 배치된 센서 어레이 및 회로(154)를 포함하고 있다.A preferred embodiment of the present invention is not only for detecting two-dimensional horizontal finger motion 112 above the hole 102, but also for detecting vertical finger motion 202 of the finger 110 over the hole 102. Sensor array and circuitry 154.

본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 센서 어레이(154)용 회로는 이차원 빗 어레이를 구현하도록 배치되어 있다. 광다이오드 감지기 요소부들의 이차원(2D) 빗 어레이(302)에 대한 소형화된 예시가 도 3에 보여지고 있다. 상기 2D 빗 어레이(302)는 8 X 8 매트릭스에 구성된 64개 하위 어레이(304)로 이루어져 있다. 그러한 하위 어레이(304) 한 개에 대한 확대도가 상기 도면의 좌측에 보여지고 있다.According to one embodiment of the invention, the circuitry for the sensor array 154 is arranged to implement a two-dimensional comb array. A miniaturized example of a two-dimensional (2D) comb array 302 of photodiode detector element portions is shown in FIG. 3. The 2D comb array 302 consists of 64 subarrays 304 organized in an 8 × 8 matrix. An enlarged view of one such subarray 304 is shown on the left side of the figure.

각각의 하위 어레이(304)는 4 X 4 매트릭스에 구성된 16개 감지기 요소부들을 포함하고 있다. 각각의 하위 어레이(304)에서 상기 16개 감지기 요소부들은 각각 8개 그룹의 요소부들 중 하나의 멤버로서 식별된다. 각 하위 어레이(304)의 각 감지기 요소부와 연관된 그룹 번호는 상기 확대도에 있는 요소부를 표시하는 숫자(1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 또는 8)로서 보여진다. 각 그룹으로부터의 시그널이 전체 어레이(302)에 대해 전기적으로 결집된다. 그 결과에 따른 그룹 시그널(숫자 1부터 8)이 상기 어레이(302)로부터 출력된다(상기 도면의 우측에서 보여지는 바와 같다).Each subarray 304 includes sixteen detector elements arranged in a 4 × 4 matrix. In each sub array 304 the sixteen detector element portions are each identified as a member of one of eight groups of element portions. The group number associated with each detector element portion of each subarray 304 is shown as a number (1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, or 8) indicating the element portion in the enlarged view. The signals from each group are electrically concentrated over the entire array 302. The resulting group signals (numbers 1 through 8) are output from the array 302 (as shown on the right side of the figure).

상기 그룹 시그널 쌍으로부터 차동 시그널을 생성하기 위해서 차동 회로(306)가 이용된다. 시그널 1 및 2의 차이에 의해서 제 1 차동 시그널 CC가 생성된다. 시그널 3 및 4의 차이에 의해서 제 2 차동 시그널 SC가 생성된다. 시그널 5 및 6의 차이에 의해서 제 3 차동 시그널 CS가 생성된다. 시그널 7 및 8의 차이에 의해서 제 4 차동 시그널 SS가 생성된다. 이들 네 개의 차동 시그널은 상기 x 및 y 방향으로 동위상 및 직각위상 시그널에 대한 정보를 담고 있다.Differential circuit 306 is used to generate a differential signal from the group signal pair. The difference between signals 1 and 2 produces a first differential signal CC. The difference between signals 3 and 4 produces a second differential signal SC. The difference between signals 5 and 6 produces a third differential signal CS. The difference between signals 7 and 8 produces a fourth differential signal SS. These four differential signals contain information about in-phase and quadrature signals in the x and y directions.

상기 x 및 y 방향으로 이들 동위상 및 직각위상 시그널이 이차원 동작 시그널로서 활용되어, 반점 무늬의 수평 이동을 트래킹할 수도 있다. 환언하면, 상기 x 및 y 방향으로 상기 동위상 및 직각위상 시그널로부터, 상기 장치(100)의 상기 홀(102) 위에서 유저의 손가락(110) 수평 동작(112)이 트래킹될 수도 있다.These in-phase and quadrature signals in the x and y directions may be utilized as two-dimensional motion signals to track the horizontal movement of the spot pattern. In other words, from the in-phase and quadrature signals in the x and y directions, the user's finger 110 horizontal motion 112 may be tracked on the hole 102 of the device 100.

도 4A는 본 발명의 일실시예에 따라 수직 리프트를 감지하기 위해서(수평 이동 감지도 포함함) 바이셀로서 전자적으로 그룹 분류된 요소부들을 가진 트래킹 센서 어레이(402)의 개략도이다. 환언하면, 도 4A에서, 상기 트래킹 어레이(402) 자체는 상기 표면으로부터 형상화된 상기 반점 무늬의 측면 이동을 감지하는 회로를 갖는 것 외에도, 상기 휴대용 장치(100)의 표면(101)에서 상기 홀(102)에 대한 유저 손가락(110)의 리프팅을 감지하는 회로를 추가로 갖는다. 이 경우에, 리프트 감지를 위해서, 상기 어레이(402)의 다양한 광 감지기 요소부들로부터의 시그널이 연산적으로(computationally) 두 그룹 또는 셀로 분류된다: 좌측 셀(402-L) 및 우측 셀(402-R).4A is a schematic diagram of a tracking sensor array 402 with elements grouped electronically as a bicell to sense vertical lift (including horizontal movement sensing) in accordance with one embodiment of the present invention. In other words, in FIG. 4A, the tracking array 402 itself has circuitry for sensing the lateral movement of the spot pattern shaped from the surface, in addition to the hole (s) at the surface 101 of the portable device 100. And further has a circuit for detecting lifting of user finger 110 relative to 102. In this case, for lift detection, the signals from the various light detector element portions of the array 402 are computationally classified into two groups or cells: left cell 402 -L and right cell 402 -R. ).

본 구성에서, 상기 유저 손가락(110)의 리프팅 동작으로 인해 빔 중심이 좌에서 우(또는 우에서 좌) 방향으로 이동하게 된다. 세 개의 형상화된 빔 위치가 보여진다: 상기 어레이(402)의 중앙에 위치한 중앙 빔 위치(404), 우로 이동된 빔 위치(406), 및 좌로 이동된 빔 위치(408). 상기 빔이 우측으로 이동되면, 상기 좌측 셀(402-L)이 상기 우측 셀(402-R)에 비해 작은 세기를 감지하고, 이에 따라 상기 빔 중심의 위치가 우측을 향해 위치하는 것으로 측정될 수도 있다. 상기 빔이 좌측으로 이동되면, 상기 우측 셀(402-R)이 상기 좌측 셀(402-L)에 비해 작은 세기를 감지하고, 이에 따라 상기 빔 중심의 위치가 좌측을 향해 위치하는 것으로 측정될 수도 있다. 하나의 구현예에서, 상기 수직 방향으로의 리프트 양 Δz은 입사각 θ의 탄젠트값(tan θ)으로 나눈 상기 중심 이동 Δx로서 측정될 수도 있다.In this configuration, the beam center is moved from left to right (or right to left) due to the lifting operation of the user finger 110. Three shaped beam positions are shown: a central beam position 404 located in the center of the array 402, a beam position 406 moved to the right, and a beam position 408 moved to the left. When the beam is moved to the right, the left cell 402 -L detects a smaller intensity than the right cell 402 -R, and thus the position of the beam center may be measured to be located to the right. have. When the beam is moved to the left, the right cell 402 -R detects a smaller intensity than the left cell 402 -L, and accordingly, the position of the beam center may be measured to be located to the left. have. In one embodiment, the lift amount Δz in the vertical direction may be measured as the center shift Δx divided by the tangent value tan θ of the incident angle θ.

도 4B는 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 수직 리프트를 감지하기 위해서 (수평 이동 감지도 포함함) 쿼드셀로서 전자적으로 그룹 분류된 요소부들을 가진 트래킹 센서 어레이(412)의 개략도이다. 환언하면, 도 4B에서, 상기 트래킹 어레이(412) 자체는 상기 홀(102)에 대한 유저 손가락(110)의 측면 이동을 감지하는 회로를 갖는 것 외에도, 상기 홀(102)에 대한 유저 손가락(110)의 리프팅을 감지하는 회로를 추가로 갖는다. 이 경우에, 리프트 감지를 위해서, 상기 어레이(412)의 다양한 광 감지기 요소부들로부터의 시그널이 컴퓨터에 의해서 네 그룹 또는 셀로 분류된다: 상부 좌측 셀(412-A), 상부 우측 셀(412-B), 하부 우측 셀(412-C), 및 하부 좌측 셀(412-D).4B is a schematic diagram of a tracking sensor array 412 with element portions electronically grouped as quadcells (including horizontal movement sensing) to detect vertical lifts in accordance with another embodiment of the present invention. In other words, in FIG. 4B, the tracking array 412 itself has a circuit for sensing lateral movement of the user finger 110 relative to the hole 102, in addition to the user finger 110 for the hole 102. Has a circuit for detecting the lifting of. In this case, for lift detection, the signals from the various light sensor element portions of the array 412 are sorted into four groups or cells by the computer: upper left cell 412-A, upper right cell 412-B. ), Lower right cell 412 -C, and lower left cell 412 -D.

본 구성에서, 상기 홀(102)에 대한 상기 손가락(110)의 리프팅으로 인해 빔 중심이 좌에서 우(또는 우에서 좌) 방향으로 이동하게 된다. 세 개의 형상화된 빔 위치가 보여진다: 상기 어레이(412)의 중앙에 위치한 중앙 빔 위치(404), 우로 이동된 빔 위치(406), 및 좌로 이동된 빔 위치(408). 상기 빔이 우측으로 이동되면, 상기 좌측 셀(412-A 및 412-D)이 상기 우측 셀(412-B 및 412-C)에 비해 작은 세기를 감지하고, 이에 따라 상기 빔 중심의 위치가 우측을 향해 위치하는 것으로 측정될 수도 있다. 상기 빔이 좌측으로 이동되면, 상기 우측 셀(412-B 및 412-C)이 상기 좌측 셀(412-A 및 412-D)에 비해 작은 세기를 감지하고, 이에 따라 상기 빔 중심의 위치가 좌측을 향해 위치하는 것으로 측정될 수도 있다. 하나의 구현예에서, 상기 수직 방향으로의 리프트 양 Δz는 입사각 θ의 탄젠트값 (tan θ)으로 나눈 상기 중심 이동 Δx로서 측정될 수도 있다.In this configuration, the lifting of the finger 110 relative to the hole 102 causes the beam center to move from left to right (or right to left). Three shaped beam positions are shown: a central beam position 404 located in the center of the array 412, a beam position 406 moved to the right, and a beam position 408 moved to the left. When the beam is moved to the right, the left cells 412-A and 412-D sense less intensity compared to the right cells 412-B and 412-C, so that the position of the beam center is right. May be measured toward When the beam is moved to the left, the right cells 412-B and 412-C sense less intensity compared to the left cells 412-A and 412-D, so that the position of the beam center is left May be measured toward In one embodiment, the lift amount Δz in the vertical direction may be measured as the center shift Δx divided by the tangent value tan θ of the incident angle θ.

도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 트래킹 센서 어레이(502) 및 인접하는 바이셀 리프트 센서(504)의 개략도이다. 상기 트래킹 센서 어레이(502) 및 상기 리프트 센서(504)는 둘 다 동일한 광 빔에 의해 조사될 수도 있다. 이와 달리, 별개의 조사 빔이 이용될 수도 있다.5 is a schematic diagram of a tracking sensor array 502 and an adjacent bicell lift sensor 504 in accordance with another embodiment of the present invention. The tracking sensor array 502 and the lift sensor 504 may both be irradiated by the same light beam. Alternatively, separate irradiation beams may be used.

세 개의 형상화된 빔 위치가 보여진다: 상기 어레이(412)의 중앙에 위치한 중앙 빔 위치(404), 우로 이동된 빔 위치(406), 및 좌로 이동된 빔 위치(408). 여기서, 도 4A 및 4B에 보여지듯이, 상기 홀(102)에 대한 상기 손가락(110)의 리프팅으로 인해 상기 빔 중심이 좌에서 우(또는 우에서 좌) 방향으로 이동하게 된다.Three shaped beam positions are shown: a central beam position 404 located in the center of the array 412, a beam position 406 moved to the right, and a beam position 408 moved to the left. Here, as shown in FIGS. 4A and 4B, the lifting of the finger 110 relative to the hole 102 causes the beam center to move from left to right (or right to left).

상기 빔이 우측으로 이동되면, 상기 좌측 셀(502-L)이 상기 우측 셀(502-R)에 비해 작은 세기를 감지하고, 이에 따라 상기 빔 중심의 위치가 우측을 향해 위치하는 것으로 측정될 수도 있다. 상기 빔이 좌측으로 이동되면, 상기 우측 셀(502-R)이 상기 좌측 셀 (502-L)에 비해 작은 세기를 감지하고, 이에 따라 상기 빔 중심의 위치가 좌측을 향해 위치하는 것으로 측정될 수도 있다. 하나의 구현예에서, 상기 수직 방향으로의 리프트 양 Δz는 입사각 θ의 탄젠트값(tan θ)으로 나눈 상기 중심 이동 Δx로서 측정될 수도 있다.When the beam is moved to the right, the left cell 502 -L detects a smaller intensity than the right cell 502 -R, and accordingly, the position of the beam center may be measured to be located to the right. have. When the beam is moved to the left, the right cell 502 -R detects a smaller intensity than the left cell 502 -L, and thus the position of the beam center may be measured to be located to the left. have. In one embodiment, the lift amount Δz in the vertical direction may be measured as the center shift Δx divided by the tangent value tan θ of the incident angle θ.

도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 광학 센서를 이용한 손가락 동작 기반 내비게이션 방법(600)에 대한 흐름도이다. 상술한 바와 같이, 휴대용 전자 장치 표면에 있는 소형 홀을 통해서 가간섭광 빔(즉, 레이저 빔)이 생성되고 출력된다(602).6 is a flowchart of a finger motion based navigation method 600 using an optical sensor according to an embodiment of the present invention. As described above, an interference light beam (ie, a laser beam) is generated and output 602 through small holes in the surface of the portable electronic device.

상기 소형 홀 위에 인접한 상기 유저에 의해 위치될 수 있는 유저 손가락의 피부 표면으로부터 상기 레이저 광이 산란된다(604). 상기 산란된 광이 (상기 홀을 통해 되돌아간 후에) 센서 장치에 감지된다(606).The laser light is scattered 604 from the skin surface of the user's finger, which may be positioned by the user adjacent the small hole. The scattered light is sensed (606) by the sensor device (after returning through the hole).

상기 센서 장치용 어레이 및 회로는 상기 홀에 대한 상기 손가락 표면 이동의 이차원(x-y) 수평 변위를 트래킹하고(608), 동시에, 상기 장치 표면에서의 상기 홀에 대한 상기 손가락 표면의 리프트 높이(z 변위) 변화를 감지(610)하도록 구성되는 것이 바람직하다.The array and circuitry for the sensor device tracks (608) a two-dimensional (xy) horizontal displacement of the finger surface movement relative to the hole, and at the same time, the lift height (z displacement) of the finger surface relative to the hole at the device surface. It is preferably configured to detect (610) a change.

상기 2D 수평 변위 시그널이 상기 휴대용 장치용 유저 입력 시그널로서 이용될 수도 있다(612). 예를 들면, x 또는 y 스크롤을 제어하거나 이차원 커서 이동을 제어하기 위해 상기 2D 수평 변위 시그널이 사용될 수도 있다.The 2D horizontal displacement signal may be used 612 as a user input signal for the portable device. For example, the 2D horizontal displacement signal may be used to control x or y scrolling or to control two-dimensional cursor movement.

유사하게, 상기 리프트 시그널이 상기 휴대용 장치용 유저 입력 시그널로서 이용될 수도 있다 (614). 예를 들면, 클릭 시그널(마우스 버튼 누름과 유사함 )로서 상기 리프트 시그널이 이용될 수도 있다. 하나의 구체적인 실시예에서는, 한 번의 빠른 위아래로의 손가락 동작이 마우스 장치 상의 "왼쪽 버튼 클릭"에 해당하는 입력 시그널로서 이용되고, 두 번의 빠른 위아래로의 손가락 동작이 마우스 장치 상의 "오른쪽 버튼 클릭"에 해당하는 입력 시그널로서 이용될 수도 있다. 또 다른 구체적인 실시예에서는, 약한 손가락 리프트(예를 들면, 상기 표면 위로 2 내지 4 mm) 및 단일(예를 들면, y) 방향으로의 동작이 스크롤 휠을 움직이는 것에 해당하는 입력 시그널로 이용될 수도 있다.Similarly, the lift signal may be used as a user input signal for the portable device (614). For example, the lift signal may be used as a click signal (similar to a mouse button press). In one specific embodiment, one fast up and down finger action is used as an input signal corresponding to a "left button click" on the mouse device, and two fast up and down finger actions are used as a "right button click" on the mouse device. It can also be used as an input signal corresponding to. In another specific embodiment, a weak finger lift (e.g., 2-4 mm above the surface) and a single (e.g., y) direction may be used as the input signal corresponding to moving the scroll wheel. have.

본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 리프트 시그널로부터 결정된 리프트 높이가 상기 수평 트래킹의 해상도를 자동으로 조정(616)하기 위해 유리하게 이용될 수도 있다. 트래킹 해상도가 감소한다는 것은 감지된 반점 무늬의 동일한 변위가 예를 들면, 커서의 더 작은 강도 변위에 해당하게 됨을 의미한다. 역으로, 트래킹 해상도가 증가한다는 것은 감지된 반점 무늬의 동일한 변위가 예를 들면, 커서의 보다 큰 강도 변위에 해당하게 됨을 의미한다.According to one embodiment of the invention, the lift height determined from the lift signal may be advantageously used to automatically adjust 616 the resolution of the horizontal tracking. The reduction in tracking resolution means that the same displacement of the detected spot pattern corresponds to, for example, a smaller intensity displacement of the cursor. Conversely, increasing tracking resolution means that the same displacement of the detected spot pattern corresponds to, for example, a greater intensity displacement of the cursor.

일반적으로, 더 높은 리프트 높이(즉, 손가락이 상기 홀에서 더 멀리 있음)는 더 높은 트래킹 해상도로 자동으로 조정된다. 역으로, 더 낮은 리프트 높이(즉, 손가락이 상기 홀에서 더 가까이 있음)는 더 낮은 트래킹 해상도로 자동으로 조정된다.In general, the higher lift height (ie, the finger is further away from the hole) is automatically adjusted to the higher tracking resolution. Conversely, the lower lift height (ie, the finger is closer to the hole) is automatically adjusted to the lower tracking resolution.

본 발명의 특정한 실시예들과 예시들에 대해 전술한 명세서는 묘사 및 설명을 위해 제시되었으며, 비록 본 발명이 전술한 특정 예시들에 의해 설명되고 묘사되었지만, 그들로만 한정되는 것은 아니다. 그것들은 본 발명을 개시된 바와 똑같은 형태로 만들거나 한정하기 위한 것이 아니고, 상기 교시 측면에서 본 발명의 범위 내에서 다양한 변형, 개선 및 변화가 있을 수 있다. 본 발명의 범위가 여기에 개시된 바와 같이, 그리고 여기에 첨부된 특허청구 범위들과 그들의 등가물들로서 포괄적인 영역을 망라함을 나타내기 위한 것이다.The foregoing description of specific embodiments and examples of the present invention has been presented for purposes of illustration and description, although the present invention has been illustrated and described by the specific examples described above, but is not limited thereto. They are not intended to be exhaustive or to limit the invention to the precise forms disclosed, and there may be various modifications, improvements and variations in the teachings herein within the scope of the invention. It is intended that the scope of the present invention cover the entire scope as set forth herein and with reference to the claims appended hereto and their equivalents.

Claims (21)

광학 내비게이션 장치로서,
상기 장치 표면에 있는 홀,
상기 홀을 통해 조사 빔을 제공하는 광원,
광학 축을 가지고, 상기 홀 위에 놓인 손가락의 조사된 부위에 의해 생성된 광을 수신하고 상기 광으로부터 감지기 평면에 이미지를 생성하도록 구성된 이미징 시스템,
상기 홀에 대한 상기 손가락의 측면 움직임을 감지하도록 구성된 상기 감지기 평면에 위치한 트래킹 센서 어레이, 및
상기 장치의 상기 표면 위로 상기 손가락이 리프팅하는 것을 표시하는 리프트 시그널을 제공하도록 구성된 상기 감지기 평면에 위치한 리프트 센서를 포함하는 광학 내비게이션 장치.As an optical navigation device,
Holes in the surface of the device,
A light source providing a radiation beam through the hole,
An imaging system having an optical axis and configured to receive light generated by the irradiated portion of a finger overlying the hole and to generate an image from the light onto a detector plane,
A tracking sensor array located in the detector plane configured to sense lateral movement of the finger relative to the hole, and
And a lift sensor positioned at the detector plane configured to provide a lift signal indicative of the lifting of the finger over the surface of the device. 제 1 항에 있어서, 상기 트래킹 센서 어레이는 이차원 빗 어레이 감지기를 포함하는 장치.2. The apparatus of claim 1, wherein the tracking sensor array comprises a two dimensional comb array detector. 제 1 항에 있어서, 상기 리프트 센서는 상기 트래킹 센서 어레이에서 적어도 두 그룹의 광 감지 요소부들을 포함하는 장치.The apparatus of claim 1, wherein the lift sensor comprises at least two groups of light sensing element portions in the tracking sensor array. 제 1 항에 있어서, 상기 리프트 센서는 상기 트래킹 센서 어레이의 광 감지 요소부들과 분리된 광 감지 요소부들을 이용하는 장치.2. The apparatus of claim 1, wherein the lift sensor uses light sensing element portions separate from the light sensing element portions of the tracking sensor array. 제 1 항에 있어서, 상기 리프트 시그널은 상기 장치에 대해 수평 트래킹 해상도를 자동으로 조정하기 위해 이용되는 장치.2. The apparatus of claim 1, wherein the lift signal is used to automatically adjust horizontal tracking resolution for the apparatus. 제 5 항에 있어서, 상기 수평 트래킹 해상도는 더 높은 리프트 높이에 대해 자동으로 증가되는 장치.6. The apparatus of claim 5 wherein the horizontal tracking resolution is automatically increased for higher lift heights. 제 1 항에 있어서, 상기 장치는 휴대용 뮤직 플레이어 장치를 포함하는 장치.The device of claim 1, wherein the device comprises a portable music player device. 제 1 항에 있어서, 상기 장치는 휴대폰을 포함하는 장치.The device of claim 1, wherein the device comprises a mobile phone. 제 1 항에 있어서, 상기 장치는 휴대용 글로벌 위치추적 시스템 장치를 포함하는 장치.The device of claim 1, wherein the device comprises a portable global positioning system device. 제 1 항에 있어서, 상기 장치는 리모트 컨트롤 장치를 포함하는 장치.2. The apparatus of claim 1, wherein the apparatus comprises a remote control device. 휴대용 전자 장치의 표면에 있는 홀을 통해서 조사 빔을 제공하는 단계,
상기 홀 위에 놓인 손가락의 조사된 부위에 의해 생성된 광을 수신하는 단계,
상기 광으로부터 감지기 평면에 위치한 센서 어레이에 이미지를 생성하는 단계,
상기 센서 어레이에 의해 생성된 시그널을 이용하여, 상기 홀에 대한 상기 손가락의 측면 움직임을 트래킹하는 단계, 및
상기 센서 어레이에 의해 생성된 시그널을 이용하여, 상기 홀 위에서 상기 손가락의 리프팅을 감지하는 단계를 포함하는
휴대용 전자 장치용 광학 센싱을 이용한 손가락 기반 내비게이션 방법.Providing a radiation beam through a hole in the surface of the portable electronic device,
Receiving light generated by an irradiated portion of a finger placed on the hole,
Generating an image from the light to a sensor array located in a detector plane,
Tracking the lateral movement of the finger relative to the hole using the signal generated by the sensor array, and
Detecting the lifting of the finger over the hole using the signal generated by the sensor array
Finger-based navigation method using optical sensing for portable electronic devices. 제 11 항에 있어서, 상기 센서 어레이는 반점 패턴의 측면 이동을 트래킹하도록 구성된 이차원 빗 어레이 감지기를 포함하는 방법.12. The method of claim 11, wherein the sensor array comprises a two-dimensional comb array detector configured to track lateral movement of the spot pattern. 제 12 항에 있어서, 상기 센서 어레이는 상기 이차원 빗 어레이 감지기와 분리되어 있고, 리프트를 감지하기 위해서 빔 중심의 이동을 감지하도록 구성된 광 감지 요소부들을 포함하는 방법.13. The method of claim 12, wherein the sensor array is separate from the two-dimensional comb array detector and includes light sensing element portions configured to sense movement of the beam center to detect a lift. 제 11 항에 있어서, 상기 센서 어레이는 리프트를 감지하기 위해서 빔 중심의 이동을 감지하도록 구성된 적어도 두 그룹의 요소부들을 포함하는 방법.12. The method of claim 11, wherein the sensor array includes at least two groups of element portions configured to sense movement of the beam center to detect a lift. 제 11 항에 있어서, 상기 센서 어레이에 의해 생성된 리프트 시그널은 상기 장치에 대해 수평 트래킹 해상도를 자동으로 조정하기 위해 이용되는 방법.12. The method of claim 11, wherein the lift signal generated by the sensor array is used to automatically adjust horizontal tracking resolution for the device. 제 15 항에 있어서, 상기 수평 트래킹 해상도는 더 높은 리프트 높이에 대해 자동으로 증가되는 방법.16. The method of claim 15, wherein the horizontal tracking resolution is automatically increased for higher lift heights. 제 11 항에 있어서, 상기 방법은 휴대용 뮤직 플레이어 장치에 대해 유저 입력을 제공하기 위해 이용되는 방법.The method of claim 11, wherein the method is used to provide user input to a portable music player device. 제 11 항에 있어서, 상기 방법은 휴대폰에 대해 유저 입력을 제공하기 위해 이용되는 방법.12. The method of claim 11, wherein the method is used to provide user input for a mobile phone. 제 11 항에 있어서, 상기 방법은 휴대용 글로벌 위치추적 시스템 장치에 대해 유저 입력을 제공하기 위해 이용되는 방법.The method of claim 11, wherein the method is used to provide user input to a portable global positioning system device. 제 11 항에 있어서, 상기 방법은 리모트 컨트롤 장치에 대해 유저 입력을 제공하기 위해 이용되는 방법.The method of claim 11, wherein the method is used to provide user input to a remote control device. 휴대용 전자 장치의 표면에 있는 홀을 통해서 조사 빔을 제공하는 수단,
상기 홀 위에 놓인 손가락의 조사된 부위에 의해 생성된 광을 수신하는 수단,
상기 광으로부터 감지기 평면에 위치한 센서 어레이에 이미지를 생성하는 수단,
상기 센서 어레이에 의해 생성된 시그널을 이용하여, 상기 홀에 대한 상기 손가락의 측면 움직임을 트래킹하는 수단, 및
상기 센서 어레이에 의해 생성된 시그널을 이용하여, 상기 홀 위에서 상기 손가락의 리프팅을 감지하는 수단을 포함하는
광학 센싱을 이용한 손가락 기반 내비게이션을 제공하도록 구성된 휴대용 전자 장치.
Means for providing the irradiation beam through a hole in the surface of the portable electronic device,
Means for receiving light generated by the irradiated portion of the finger placed on the hole,
Means for generating an image from the light to a sensor array located at a detector plane,
Means for tracking the lateral movement of the finger relative to the hole using the signal generated by the sensor array, and
Means for detecting the lifting of the finger over the hole using the signal generated by the sensor array;
A portable electronic device configured to provide finger based navigation using optical sensing.
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