JP2009534732A

JP2009534732A - 可動物体の動きを検出するための検出回路

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Publication number: JP2009534732A
Application number: JP2009506003A
Authority: JP
Inventors: レキムファン; ヘルベルトリフカ
Original assignee: Koninklijke Philips NV; Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2006-04-21
Filing date: 2007-04-10
Publication date: 2009-09-24
Also published as: US20090101802A1; WO2007122532A1; CN101438223A; CN101427205A; EP2016481A1

Abstract

エージングを相対的に小さい程度しか受けない検出回路を提供すること。ジョイスティックのような可動物体の動きを検出するための検出回路には、ソースからの光点を検出するための検出ユニットであって、当該位置での前記光点が当該動きに依存する検出ユニットを備える、可動物体の動きを検出するための検出器と、検出ユニットを較正するための参照検出ユニットを備える、エージング／工程の変動を補償するための参照検出器とが設けられる。第一に、xまたはyの動きを検出するための検出器は、ジョイスティックの位置に依存して光点の範囲内に部分的に位置し、かつ参照検出器は、この時、ジョイスティックの位置から独立して光点の範囲内に完全に位置する。第二に、zの動きを検出するための検出器は、ジョイスティックの位置から独立して光点の範囲内に完全に位置し、かつ参照検出器は、この時、ジョイスティックの位置から独立して光点の外側に完全に位置する。

Description

本発明は、可動物体の動きを検出するための検出回路に関し、更に、検出装置、デバイス、および方法に関する。

このような可動物体の具体例は、ジョイスティックおよび多機能キーであり、および、このようなデバイスの具体例は、更なる具体例を除外せずに、携帯電話、パーソナル・コンピュータ、パーソナル携帯情報機器およびリモコンなどの消費者製品、および非消費者製品である。

従来技術の検出装置は、スライド下面を有するベース、スライド下面に摺動可能な移動体、光を放出するための発光素子、移動体のために提供されかつ発光素子によって放出される光を反射するための反射面を有する反射部分、および反射部分によって反射される光を受け取るための複数の受光素子を備える、入力デバイスを開示する米国特許第6,326,948号から公知である。

従来技術の検出装置の場合、水平の動きは、複数の受光素子によって受け取られる光量を比較することによって検出され、かつ、垂直の動きは、複数の受光素子によって受け取られる総光量を検出することによって検出される。

公知の検出装置は、とりわけ、光が、エージングを受ける可能性がある発光素子から生じるという事実のために不都合である。この結果、従来技術検出装置は、相対的に大きくエージングを受ける。

とりわけ、エージングを相対的に小さい程度しか受けない検出回路を提供することが、本発明の目的である。

更なる本発明の目的は、とりわけ、エージングを相対的に小さくしか受けない検出装置、デバイスおよび方法を提供することである。

可動物体の動きを検出するための本発明による検出回路は、
- 前記可動物体の動きを検出するための検出器であって、検出ユニットであって、前記検出ユニットの位置でソースからの光点を検出し、当該位置での前記光点が、当該動きに依存する検出ユニットを備える検出器と、
- エージングおよび／または工程の変動を補償するための参照検出器であって、前記検出ユニットを較正するための参照検出ユニットを備える参照検出器と、を備える。

一般にエージングおよび／または工程の変動を補償するための参照検出器を導入することによって、本発明による前記検出回路は、エージングおよび／または工程の変動を相対的に小さい程度しか受けない。このような参照検出器は、検出ユニットを較正するための参照検出ユニットを備える。例えば、光源は、エージングを受ける可能性があり、および、例えば、光源および／または検出器は、工程の変動を受ける可能性がある。すべてのこれらの種類の欠点は、本発明によって補償される。

本発明による検出回路は、とりわけ、それが、より長い期間、高められた信頼性を有するであろう点において、更に有利である。

本発明による検出回路の一実施例は、前記検出回路の平面において、第一の方向に前記可動物体の第一の動きを検出するための第一の検出器であって、検出ユニットが、第一の検出ユニットであって、前記第一の検出ユニットの位置での前記光点の有無を検出するための第一の検出ユニットを備え、前記光点の前記位置が当該第一の動きに依存する、第一の検出器を備える検出器によって定義される。第一の方向は、更なるオプションを除外せずに、水平面である検出回路の平面の場合には、例えば、xまたはy方向である。

本発明の検出回路の一実施例は、前記可動物体の位置に依存して光点の範囲内に部分的に位置している前記第一の検出器および前記可動物体の前記位置から独立して前記光点の範囲内に完全に位置している前記参照検出器により定義される。光点のサイズは、参照検出器のすべての参照検出ユニットが、可動物体の位置から独立してこの光点の範囲内に位置するようなものが好ましく、および第一の検出器のすべての第一の検出ユニットが、可動物体の位置に依存して、部分的にこの光点の範囲内におよび部分的にこの光点の外側に位置するようなものが好ましい。可動物体の位置は、検出回路で光点の位置を決定する。

本発明の検出回路の一実施例は、前記検出回路の平面に対して垂直な第二の方向の前記可動物体の第二の動きを検出するための第二の検出器であって、前記光点の強度が当該第二の動きに依存し、検出ユニットが、第二の検出ユニットであって、前記第二の検出ユニットの位置で前記光点の第一の強度または第二の強度を検出するための第二の検出ユニットを備え、前記第一および第二の強度が、ゼロに等しくない、異なる強度である、第二の検出ユニットを備える、第二の検出器を備える検出器によって定義される。第二の方向は、更なるオプションを除外せずに、例えば、水平面である検出回路の平面の場合にはz方向である。

本発明の検出回路の一実施例は、前記可動物体の位置から独立して前記光点の範囲内に完全に位置する前記第二の検出器、および前記可動物体の前記位置から独立して前記光点の外側に完全に位置している前記参照検出器によって定義される。光点のサイズは、参照検出器のすべての参照検出ユニットが、可動物体の位置から独立してこの光点の外側に位置するようなものが好ましく、かつ第二の検出器のすべての第二の検出ユニットが、可動物体の位置から独立して、この光点の範囲内に位置するようなものが好ましい。再び、可動物体の位置は、検出回路で光点の位置を決定する。

それゆえ、第一の検出ユニットを較正するための一つ以上の参照検出ユニットは、第二の検出ユニットを較正するための一つ以上の参照検出ユニットとは異なる位置を有する。複数の第一の検出ユニットにより、xおよびy方向のような第一の方向の動きがより正確に検出可能となる。この複数の第一の検出ユニットは、例えば十字形の列であり、第二の検出ユニットが、その交差に、またはその交差の近くに位置しており、または複数の第二の検出ユニットが、その十字形の一つまたは複数の列でまたはその十字形の列の近くに、その交差の近くに位置している。第一の検出ユニットを較正するための一つ以上の参照検出ユニットもまた、交差の近くに位置するであろうし、および第二の検出ユニットを較正するための一つ以上の参照検出ユニットは、その十字形エリアの外に位置する可能性がある。

本発明の検出回路の実施例は、光信号を生成するための前記ソースと、前記検出回路に前記光信号を反射するためのリフレクタを備える前記可動物体と、前記反射された光信号から生じている前記光点とを更に備えることにより定義される。

検出回路内に発光源または赤外線発光熱源のようなソースの位置を決めることによって、かつ可動物体にはリフレクタを設けることによって、不利に可動物体にソースの位置を決めることは、もはや必要でない。

本発明の検出回路の実施例は、フォト・エレメント信号を生成するためのフォト・エレメントであって、前記フォト・エレメント信号をデジタル化するためのトランジスタに結合されるフォト・エレメントを備える前期検出ユニットと、参照フォト・エレメント信号を生成するための参照フォト・エレメントであって、前記トランジスタに結合される参照トランジスタに結合される参照フォト・エレメントを備える前記参照検出ユニットとにより定義される。フォトダイオードまたはフォトトランジスタのような、フォト・エレメントのすぐ後ろのフォト・エレメント信号をデジタル化することによって、複雑かつ高価なアナログ‐デジタル変換器および増幅器は、回避される。参照フォト・エレメント信号は、例えば、フォト・エレメントおよびそのトランジスタへ、結合トランジスタを備えるミラー構造を介してコピーされる電流を備える。

本発明の検出回路の実施例は、薄膜ポリシリコン技術、単結晶シリコン基板技術、発光ダイオード技術、および有機発光ダイオード技術の少なくとも一つの技術に基づく集積された検出回路である検出回路によって定義される。このような集積回路は、回路を構成するために、フォト・エレメント、トランジスタおよびソースを有利に備えることができる。

本発明による検出装置は、本発明による前記検出回路を備え、かつ前記可動物体を更に備える。

本発明の検出装置の実施例は、前記可動物体が傾けられることから生じる、または前記可動物体が押されることから生じる、前記可動物体の前記動きにより定義される。傾きは、第一の検出ユニットによって検出されるべきであり、および押しは、第二の検出ユニットによって検出されるべきである。傾けることおよび押すことは、ユーザーフレンドリーな動きである。

本発明のデバイスは、本発明による前記検出回路を備え、かつ前記可動物体を備えるマン・マシン・インターフェースを更に備える。

本発明のデバイスの実施例は、ディスプレイであって、前記検出回路を備えている集積されたディスプレイであるディスプレイを更に備える、前記マン・マシン・インターフェースによって定義される。可動物体は、集積されたディスプレイの表示領域の縁辺にあることが好ましい。このように、可動物体は、例えば、ディスプレイの部分を構成し、および別々に構築される必要はなく、このことは、製造をより簡単に、かつより低コストにする。

本発明の検出装置、本発明のデバイス、および本発明の方法の実施例は、本発明の検出回路の実施例と対応する。

本発明は、とりわけ、発光素子および検出素子が、エージングおよび／または工程の変動を受けるかもしれない、という洞察に基づき、かつ、とりわけ、参照検出器は、参照検出器に検出ユニットを較正するための参照検出ユニットを設けることによって、エージングおよび／または工程の変動を補償するべきである、という根本概念に基づく。

本発明は、とりわけ、相対的に小さい程度しかエージングを受けない検出回路を提供することにより、問題を解決する。本発明の検出回路は、とりわけ、それが、より長い期間、高められた信頼性を有するという点で更に有利である。

本発明のこれらおよび他の観点は、以下に記載される実施例から明らかであり、かつ解明されるであろう。

断面図で図1に示される本発明による検出装置10は、本発明による検出回路1を備える。例えばASICダイのような検出回路1は、例えばフォトダイオードのような検出器100、200、300、および例えば任意の種類のLEDのような光源などのソース4を備え、かつパッケージ6内に位置する。スプリング8は、パッケージ6に取り付けられ、および可動物体2は、スプリング8に結合される。この可動物体2は、リフレクタ5および仮想の回転点7を備える。パッケージ6のソルダボール9により、パッケージ6は、例えば図10に示されるデバイス20に接続可能である。更に、x、yおよびz方向は、図1に示される。

移動してない可動物体（左側）および移動した可動物体（右側）に対して、断面図および上面図で図2に示される検出回路1は、検出回路1の基本原理、検出器D1〜D4およびソースSおよびリフレクタ5の裏側でのソースSのイメージ11を説明するために、その断面図において開示される。上面図において、4つの検出器D1〜D4は、ソースSを囲んで示される。検出器D1およびD2からの信号は、y方向の信号を得るために、微分回路を介して各々から減算され、および検出器D3およびD4からの信号は、x方向の信号を得るために、微分回路を介して各々から減算される。

ジョイスティックのような可動物体2が移動してない位置または休止位置（左側）にあるときに、リフレクタ5は、基板に平行であり、およびソースSから放出される光は、リフレクタ5によって反射され、かつ基板上へ光点3を投じる。言い換えると、リフレクタ5の後のソースSのイメージ11は、リフレクタのアウトラインによって作られる開口部を通して光円錐を照射する。リフレクタ5のサイズ、ソースSおよびリフレクタ5間の距離、および検出器D1〜D4の寸法は、光点3が検出器領域のほぼ半分をカバーするように、選択可能である。システムの対称性に起因して、反射された光点3は、検出器D1〜D4の中心におかれる。言い換えると、すべての検出器D1〜D4は、光に等しくさらされ、したがって、XおよびY方向の出力信号はゼロである。

ジョイスティックがリフレクタ5の中央に、またはより上に、仮想ピボットのまわりに僅かに右に傾けられると、イメージ11は、円または曲線に沿って新しい位置に移動する。従って、光円錐は、更に、傾けられ、その結果として、光点3は、左に位置がずれかつ僅かに引き伸ばされる。ここで、対称性は、壊される。D3は、D4より多くの光を受け取り、一方、D1およびD2がなお等しく照射される。出力Xに、X方向のジョイスティックの傾斜角に比例するゼロ以外の信号が、検出され、一方、出力Y上の信号はゼロのままである。同様に、任意の方向（XおよびY）の傾きは、全て4つの検出器D1〜D4によって検出可能である。検出器D1〜D4を接続する前述の手段は、一つの具体例にすぎない。4つの検出器D1〜D4からXおよびＹ信号を抽出する異なる手段が、存在する。

別の実施において、ある方向に対するジョイスティックの傾き、したがって、XおよびＹ信号は、その方向の方へ移動するディスプレイ上のカーソルの速度に変換される。ジョイスティックを傾けることによって、ユーザは、カーソルを所望の方向へ移動させることができる。動きの速度は、傾斜角に依存する。動きを止めるために、ユーザは、ジョイスティックを解放する必要があり、かつそれを休止位置に戻らせる。

上面図で、図3に示された、本発明による検出回路1のための検出器レイアウトは、具体例にすぎないが、例えば図3aの正方形または図3bの細いストリップであり、および検出器の数は、図3cおよび3dにおいて4を超えることができる。図3cにおいて、ソースの4つのサイドに沿って一列に並んでいる多数の小さい検出器が、ある。光点によってカバーされた検出器の数を計数することによって、XおよびＹ信号は、得ることができる。この図3cは、図4において更に詳細に示される。図3dにおいて、基板は、小さい検出器の列に囲まれているソースSを含む。ジョイスティックの傾きに対応する光点の形状および位置は、光点によってカバーされる検出器エレメントを計数しかつ位置を決めることによって、正確に決定することができる。

さらに、図示されないが、リフレクタは、異なる形状を有してもよい。リフレクタは、凹面鏡とすることができる。鏡の中心点とソース間の距離は、f および2f の間にあることが好ましい。ここで、f は、鏡の焦点距離である。この場合、基板上の反射光スポットは、平坦な鏡の場合より著しく小さい。凹面鏡は、図3dに示されるように検出器の列と組み合わせて使用されることが好ましい。光点の小さなサイズに起因して、光点の位置、したがって、ジョイスティックの傾きに対応する位置は、より正確に決定することができる。

上面図で更に詳細に図4に示される、本発明による検出回路1のための検出器レイアウトは、例えば、36個の検出ユニット101〜136を備える第一の検出器100を備え、例えば、4個の検出ユニット201〜204を備える第二の検出器200を備え、および例えば、4個の検出ユニット301〜304を備える第三の検出器300を備える。左から右のx方向において、検出ユニット119〜127の後に、検出ユニット303および203、ソース4、検出ユニット204および304、および検出ユニット136〜128が続く。上から下のy方向において、検出ユニット101〜109の後に、検出ユニット301および201、ソース4、検出ユニット202および302、および検出ユニット118〜110が続く。更に、光点3が、示される。

さらに、強度I対位置Pを表わしているグラフが示される。暗いエリアは、401によって示され、閾値は、403によって示され、および照らされたエリアは、402によって示される。この具体例において、論理「1」は、暗いエリアに対して生成され、および論理「0」は、照らされたエリアに対して生成される。第一の検出ユニット101〜136を較正するための一つ以上の参照検出ユニット301〜304は、第二の検出ユニット201〜204を較正するための一つ以上の参照検出ユニット（図示せず）と異なる位置を有するであろう。複数の第一の検出ユニット101〜136は、xおよびy方向のような第一の方向の動きが、より正確に検出されることを可能にする。複数の第一の検出ユニット101〜136は、例えば、十字形の列であり、第二の検出ユニット201〜204がその交差にまたはその交差の近くに位置しており、または複数の第二の検出ユニット201〜204が、その十字形の一つまたは複数の列でまたはその十字形の列の近くに、その交差の近くに位置している。第一の検出ユニット101〜136を較正するための一つ以上の参照検出ユニット301〜304もまた、その交差の近くに位置するであろうし、および第二の検出ユニット201〜204を較正するため一つ以上の参照検出ユニット（図示せず）は、その十字形エリアの外に位置する可能性がある。

本発明の検出回路1のフォトダイオード420、430、440およびトランジスタ421、422、431、432、441、442は、図5に示される。フォトダイオード420、430、440のカソードは、第一の参照端子に結合され、およびそれらのアノードは、トランジスタ421、431、441の第一の主電極に結合される。これらのトランジスタ421、431、441の第二の主電極は、トランジスタ422、432、442の第一の主電極に結合され、およびインバータ423、433、443の入力に結合される。トランジスタ121、131、141は、信号変化をデジタル化し、およびインバータ423、433、443は、その信号を更にデジタル化し、かつそのデジタル信号を反転させる。トランジスタ422、432、442の第二の主電極は、第二の参照端子に結合される。トランジスタ421、431、441の制御電極は、互いに結合される。トランジスタ422、432、442の制御電極は、互いに結合される。

本発明によって、参照フォトダイオード410は、フォトダイオード420、430、440を較正するためにある。それに加えて、例えば、トランジスタ411および412が、更にある。フォトダイオード410のカソードは、第一の参照端子に結合され、かつそのアノードは、トランジスタ411の第一の主電極に結合される。トランジスタ411の第二の主電極は、トランジスタ412の第一の主電極に結合され、かつその制御電極がトランジスタ422、432、442の制御電極に更に結合されるトランジスタ412の制御電極に結合される。トランジスタ412の第二の主電極は、第二の参照端子に結合される。トランジスタ411の制御電極は、トランジスタ421、431、441の制御電極に結合され、かつ第一の参照端子に電圧源413を介して結合される。

実際に、検出ユニット101〜109、119〜127、110〜118、128〜136のグループごとに、図5に示すような回路が存在することが可能であり、このことによって、例えば、（標準の）検出ユニットは、（標準の）フォトダイオードを備え、かつ参照検出ユニットは、参照フォトダイオードを備える。検出ユニット201〜204に関して、最小状態において、一つの検出ユニットのみが存在し、拡張された状態において、例えば、2つの検出ユニットが存在可能であり、および最大の状態において、4つ以上の検出ユニットが存在可能である。検出ユニット201〜204の数と独立して、各一つは、図5に示されるようにそれ自身の回路を有することができる、または、二つ以上は、図5などに示すような回路を一緒に有することができる。

検出ユニット201〜204は、例えば、押圧選択（Ｚ方向の押圧）アクションを検出すために、使用され、以下、Z光検出器と呼ばれる。他の検出ユニット101〜136は、XおよびY検出のために使用され、以下、X／Y光検出器と呼ばれる。Z光検出器は、ジョイスティックの位置とは関係なく、光点の内側にあることが好ましい。Z光検出器の位置は、例えば、ソースから少し離れ、および／またはX／Y光検出器と同一線上でないように、変えることができる。

検出回路において、各X／Y光検出器の信号は、参照光検出器からの対応する参照信号と比較され、この結果、1ビットのデジタル信号をもたらす。例えば、X-Y光検出器が光点の外にある場合、図5に示される回路は、結果としてこの光検出器に対して「1」になり、または他の場合、光検出器が光点の内側にある場合、回路は結果として「0」になる。回路は、実は、一ビットADC（アナログ‐デジタル変換器）である。言い換えると、回路は、閾値検出（図4のコーナーの差し込み図を参照）である。例えば、光点の境界が光検出器を横切って進むときに、光検出器に受光される光強度は、暗値401から明値402に増加する。これらの2つのレベルのおよそ中央で、閾値403は、定義される。つまり、光点の境界が光検出器を横切って約半分進むときに、検出器に受光される信号は、「1」（暗）から「0」（明）に切替えられるべきである。後のステージにおいて、デジタル回路は、そのグループの信号を表す、各グループ内で光点にさらされたフォトダイオードの数を計数する。次に、信号XおよびYは、それぞれ、グループ4に対してグループ3の信号およびグループ2に対してグループ1の信号を（デジタル的に）減算することによって、算出される。このデジタル検出方法の利点は、電子回路がより単純であるということである。増幅器およびADCのようなアナログ回路は、必要でない。信号は、あらゆる光検出器で正しくデジタル化される。

フォトダイオードのような光検出器は、逆にバイアスをかけられ、かつ例えば、図示されるような参照フォトダイオードのような参照光検出器と、電流ミラー回路において接続される。この電流ミラー回路を介して、参照電流は、定義される。この参照電流は、同じグループのフォトダイオードの中を流れる等しくかつ別々の電流をつくるために、反映される。フォトダイオード420の輝度条件に応じて、中点、例えばトランジスタ421および422間の結合は、低値、または高値とすることができる。例えば、フォトダイオードが照らされないときに、この点での電圧は、ほぼ0であるが、フォトダイオードが光にさらされるときに、その内部抵抗は、大幅に（光強度とともに指数関数的に）減少し、このことは、その点をすばやく高値へ切り替わるようにする。完全にデジタル化された信号を保証するために、例えば、インバータ423のような追加の閾値検出回路を、加えることができる。最後に各インバータの出力で、フォトダイオードの輝度状態で決まるデジタル信号を、得ることができる。各グループのフォトダイオードからの出力は、後のステージにおいて、それを二進数に変えるために、エンコーダに入れることができる。エンコーダではなく他の適した回路は、同様に使用可能である。

本発明による、検出回路1のための、断面図で更に詳細に図6に示された検出器レイアウトは、検出器100、200、300、ソース4、リフレクタ5、リフレクタ5の移動してない位置または休止位置におけるソース4のイメージ12、および移動した位置または非休止位置14でのリフレクタ5、この移動した位置または非休止位置に対するソース4のイメージ13、および光点寸法15を開示する。

例えば、図10に示すようなディスプレイ上の或る項目を選択するために、ジョイスティックが垂直に押圧されるときに、基板上の反射光のスポットの直径は、変わらない、しかし、スポットの光強度は、増強される。始めに、リフレクタ5は、休止位置にある。リフレクタの端部で反射される光ビームは、基板上の反射光スポットの境界線を定義する。この現象は、また、等価な手段で考慮することもできる。（リフレクタに関してソースに対称である）光源のイメージ12は、リフレクタ5の代わりに虚のホールを通して光円錐を照射する。円錐の立体角は、この場合、α0である。ソースの固定された輝度パワーが与えられると、基板上の光強度は、α0/Aに比例する。ここで、Aは、反射光スポットの面積である。

今、ジョイスティックを垂直に押圧する（クリック・アクション）場合、リフレクタは、以前より基板に近い位置14に進むと想定される。簡単な反射法則を適用すると、反射光スポットのサイズが、大きくならず、しかし同じままであることは、容易に予測できる。しかしながら、ソースのイメージ13が、ここで、リフレクタにより近くなるという事実に起因して、光円錐の立体角α1は、ここで、α0より大きい。その結果として、基板によって受光される光強度（α1/A、Aは不変である）も、また増加される。一つ以上のZ光検出器（例えば、4個）は、この変化を感知し、かつ簡単な閾値検出回路で、（スティックの垂直位置に対応する）デジタル信号は、生成される。原則として、一つのZ光検出器のみが、必要である。しかしながら、スティックの対称的動きを保証するために、一つ以上のZ光検出器（例えば、2〜4）は、好適である。Z光検出器は、X／Y光検出器と同じ並びに、配置することができる、または、好ましくは、スティックの位置に関係なく、それらが光点の内側にあるという条件で、それらは、他の場所に位置することができる。

図7は、本発明による、第一の集積された検出回路1を断面図で示す。光源503は、低温ポリシリコン(Low Temperature Poly-Silicon:LTPS)技術に基づく、薄膜トランジスタ(TFT)501、フォトダイオード502等のような電子デバイスを含む、基板506上へ堆積しかつパターン化される有機発光ダイオード(OLED)である。TFTまたはLTPSフォトダイオードは、シールドされない場合、光を感知できる、従って、光検出器として使用可能である。その上、LTPSに基づく電子回路は、デバイスを完全に集積化させる、デバイスのための信号処理を制御しかつ行うために使用可能である。LTPSおよびOLED技術は、最近、アクティブマトリックスOLEDディスプレイを作るために、一つの共通基板に結合された。従って、光学的ポインティングデバイスのためのこの技術の使用は、技術再使用、高集積度および低価格に関して、有利である。OLEDの波長は、LTPSベースの光検出器の感知できる範囲に合うように選択可能である。絶縁層は、500によって示され、透明な上部電極は、507によって示され、下部電極は、504によって示され、ゲート酸化膜は、505によって示される。

図8は、断面図で、本発明による第二の集積された検出回路1を示す。（光検出器として使用される）Siフォトダイオード602およびCMOS回路601は、単結晶Si基板603に集積することができる。Siウェーハが完成した後（後工程(back-end-of-the-line process)の後）、ウェーハは、OLED構造がSiウェーハの上で堆積かつパターン化されるOLED製造プロセス(OLED fab) へ移動される。ウェーハは、この時、例えば、光学的ポインティングデバイス用に分離されたダイに分割される。透明な上部電極は、607によって示され、下部電極は、605によって示され、OLEDは、604によって示され、Siダイの相互接続は、600によって示され、および絶縁層は、606によって示される。

図9は、断面図で、本発明による第三の集積された検出回路1を示す。（光検出器として使用される）Siフォトダイオード702およびCMOS回路701は、Si基板703に集積可能である。Siウェーハが完成した後（後工程の後）、無機のLEDダイ704は、（ピックアンドプレイス工程および接着によって）Siウェーハの上に載置される。ウェーハは、この時、光学的ポインティングデバイス用に分離されたダイに分割される。ボンディング・ワイヤーは、707によって示され、下部電極は、705によって示され、Siダイの相互接続は、700によって示される。

熱源が赤外光を放出するので、それは、同様に赤外線光源として使用可能である。熱源は、例えば、（金属抵抗器またはポリ抵抗器を使用する）抵抗性加熱器によって、Si基板上に容易につくることができる。これに代えて、例えば、PN接合が逆バイアスであり、かつなだれ状態の場合のシリコンPN接合の発光を使用することにより、またはCMOSトランジスタのいわゆる「ラッチアップ(latch-up)」現象を使用することにより、可視光または赤外光は、Si上につくることができる。ラッチアップはあまりに多量の電流が熱および赤外線発光を生成するループにおける数個のトランジスタの中に流れるとき、ICにおいて望まれていない現象である。ラッチアップは、チップの不適当な設計または欠陥に起因して発生する。しかしながらこの場合、ラッチアップは、故意につくられる。Siフォトダイオードは、赤外線の波長を感知でき、従って、熱源から来ている赤外光を検出するために使用可能である。

図10は、本発明によるデバイス20を示す。それは、ディスプレイ21およびジョイスティックのような可動物体2を備える。ジョイスティックは、例えば、表示基板24の部分を構成する、検出回路1および集積電子機器エリア23間のソース4を備える表示領域のジョイスティック・エリア22に載置する。光学的ジョイスティックは、アクティブマトリックスOLEDディスプレイ技術に基づく。装置は、多数の光検出器共通基板に作られたTFTに基づくOLED光源、および基板の上部に掛けられたリフレクタを有しているジョイスティックで構成される。この装置は、ディスプレイ上のメニューを通してナビゲートするために、携帯電話、PDAおよび他のハンドヘルドデバイス等のデバイスにおいて使用可能である。検出回路1は、更なるレイアウトを除外せずに、任意の種類の検出器レイアウト、例えば、図3に示されるレイアウトの一つ、またはそれらの組み合わせのレイアウトを有することができる。

デバイスは、例えば、OLEDを含んでいる大きい基板から分割されたフォトニック・ダイ、光検出器、およびOLEDディスプレイ技術を使用して製造された集積電子機器を含む。補足として、ジョイスティックは、OLED表示基板に集積可能であり、および、ディスプレイの追加機能として、ディスプレイと一緒に販売可能である。例えば移動電話のOLEDディスプレイにおいて、表示領域を囲んでいるいくつかの縁辺は、ディスプレイの駆動回路、接続パッドなどのようなオンボード電子機器のために使用可能であり、光学的ジョイスティックのための少なくともいくつかのコンポーネントは、他の電子回路の中で、表示領域の縁辺に集積可能である。ジョイスティックの電子機器もまた、ディスプレイの周囲のエリアに集積可能である。例えば、図10の右側は、携帯電話の結合された表示-ジョイスティックを示す。ジョイスティックおよびそのサスペンション・メカニズムの本体は、表示基板（図10の左下を参照）に構築可能であり、あるいは、電話の上部カバーの一部とすることができる。

上記実施例が、本発明を限定するのではなく例示すること、および当業者が、添付の特許請求の範囲を逸脱することなく、多くの代替実施例を設計可能であることは、留意すべきである。請求項において、括弧間の配置された如何なる引用符号も、請求項を限定するものとして解釈されるべきでない。「備えること(to comprise)」という動詞およびその変化形の使用は、請求項中に述べられたエレメントまたはステップ以外のエレメントまたはステップの存在を除外しない。エレメントの前の冠詞「一つの(a)」または「一つの(an)」は、このようなエレメントの複数の存在を除外しない。本発明は、いくつかの異なったエレメントを備えるハードウェアによって、および最適にプログラムされたコンピュータによって実施可能である。いくつかの手段を列挙しているデバイス請求項において、これらの手段のいくつかは、ハードウェアの一つおよび同じアイテムによって実施可能である。ある測定が相互に異なる従属クレームにおいて詳述されたという単なる事実は、これらの測定の組合せが、有利に示すために使用可能でないことを意味しない。

本発明による検出装置を断面図で概略的に示す。移動してない可動物体（左側）および移動した可動物体（右側）に対して、検出回路を断面図および上面図で示す。本発明による検出回路のための検出器レイアウトを上面図で示す。本発明による検出回路のための検出器レイアウトを上面図で示す。本発明による検出回路のための検出器レイアウトを上面図で示す。本発明による検出回路のための検出器レイアウトを上面図で示す。本発明による検出回路のための更に詳細な検出器レイアウトを上面図で示す。本発明による検出回路のフォトダイオードおよびトランジスタを示す。本発明による検出回路のための更に詳細な検出器レイアウトを断面図で示す。本発明による第一の集積された検出回路を断面図で示す。本発明による第二の集積された検出回路を断面図で示す。本発明による第三の集積された検出回路を断面図で示す。本発明によるデバイスを示す。

Claims

可動物体の動きを検出するための検出器であって、該検出器は当該検出器の位置において前記動きに依存するソースからの光点を検出する検出器と、
前記検出ユニットを較正するための参照検出ユニットを備える、エージングおよび／または工程の変動を補償するための参照検出器と、
を備える検出回路。
前記検出器は、
前記検出回路の平面における、第一の方向での前記可動物体の第一の動きを検出するための第一の検出器を有し、
前記検出ユニットが、第一の検出ユニットの位置において、前記第一の動きに依存する光点の有無を検出するための第一の検出ユニットを有する、
請求項１に記載の検出回路。
前記第一の検出器が、前記可動物体の位置に依存して前記光点の範囲内に部分的に位置し、かつ前記参照検出器が、前記可動物体の前記位置から独立して前記光点の範囲内に完全に位置している、請求項2に記載の検出回路。
前記検出器が、前記検出回路の平面に対して垂直な第二の方向の前記可動物体の第二の動きを検出するための第二の検出器を備え、
前記光点の強度が当該第二の動きに依存し、
検出ユニットが、前記第二の検出ユニットの位置で前記光点の第一の強度または第二の強度を検出するための第二の検出ユニットを備え、前記第一および第二の強度が、ゼロに等しくない、異なる強度である、請求項1に記載の検出回路。
前記第二の検出器が、前記可動物体の位置から独立して前記光点の範囲内に完全に位置し、かつ
前記参照検出器が、前記可動物体の前記位置から独立して前記光点の外側に完全に位置している、請求項4に記載の検出回路。
光信号を生成するための前記ソースと、前記検出回路に前記光信号を反射するためのリフレクタを備える前記可動物体と、前記反射された光信号から生じている前記光点とを、更に、備える請求項1に記載の検出回路。
前記検出ユニットが、
フォト・エレメント信号を生成するためのフォト・エレメントであって、前記フォト・エレメント信号をデジタル化するためのトランジスタに結合されるフォト・エレメントと、
前記参照検出ユニットが、参照フォト・エレメント信号を生成するための参照フォト・エレメントであって、前記トランジスタに結合される参照トランジスタに結合される参照フォト・エレメントと
を備える、請求項1に記載の検出回路。
前記検出回路が、薄膜ポリシリコン技術、単結晶シリコン基板技術、発光ダイオード技術、および有機発光ダイオード技術の少なくとも一つの技術に基づく集積された検出回路である、請求項1に記載の検出回路。
請求項1に記載の前記検出回路を備え、前記可動物体を更に備える、検出装置。
前記可動物体の前記動きが、前記可動物体が傾けられることから生じる、または前記可動物体が押されることから生じる、請求項9に記載の検出装置。
前記可動物体を備えるマン・マシン・インターフェースを、更に備える、請求項1に記載の前記検出回路を備えているデバイス。
前記マン・マシン・インターフェースが、前記検出回路を備えている集積されたディスプレイであるディスプレイを更に備える、請求項11に記載のデバイス。
検出回路を介して可動物体の動きを検出する方法であって、
前記動きに依存するソースからの光点を、検出ユニットを介して当該検出ユニットの位置で検出する第一のサブステップを備える、検出器を介して前記可動物体の動きを検出する、第一のステップと、
参照検出ユニットを介して検出ユニットを較正する第二のサブステップを備え、参照検出器を介して、エージングおよび／または工程の変動を補償する第二のステップと、
を備える方法。