KR100813428B1 - 입력 장치의 움직임 측정 방법 - Google Patents

Abstract

입력 장치와 물체(15)의 상호 움직임에 의해 입력 신호들을 발생하고 다이오드 레이저(3, 5) 내의 자기 혼합 효과와 움직임에 의해 야기되는 도플러 시프트 효과에 의해 움직임을 측정하는 장치용의 광학 입력 장치가 공개된다. 각각의 측정 축(X, Y, Z)에 대해 다이오드 레이저(3, 5)로부터의 방사광은 물체(15)가 이동하는 창(12) 상에, 주파수가 움직임에 의해 도플러 시프트되고 물체에 의해 산란된 방사광의 일부가 집중되고, 레이저 캐비티(20)에 재진입하여 캐비티 특성 변화를 야기한다. 이러한 변화를 예컨대 포토 다이오드에 의해 측정함으로써, 움직임에 관한 정보가 얻어진다. 입력 장치는 소형이고 저렴하므로, 많은 상이한 소비자 장치에 사용될 수 있다.

물체, 상호 움직임, 레이저, 자기 혼합 효과, 주파수, 캐비티, 측정

Description

입력 장치의 움직임 측정 방법{Method of measuring the movement of an input device}

본 발명은 적어도 하나의 측정 축(measuring axis)을 따라 입력 장치와 물체의 상호 움직임을 측정하는 방법에 관한 것으로, 이 방법은, 각각의 측정 축에 대해 측정용 레이저 빔으로 물체 표면을 조사하는 단계, 및 물체 표면에 의해 반사된 측정용 빔 방사광의 선택된 부분을, 상기 측정 축을 따라 일어나는 움직임을 나타내는 전기 신호로 변환하는 단계를 포함한다.

본 발명은 또한 상기 방법을 실행하는 광 모듈이 제공된 입력 장치, 및 이러한 입력 장치를 구비하는 장치에 관한 것이다.

이와 같은 방법 및 입력 장치는 유럽특허출원 EP-A 0 942 285 호 공보에 공지되어 있다. 입력 장치는 예컨대 표시된 메뉴의 기능을 선택하기 위해 컴퓨터 표시 장치 또는 모니터에서 커서를 이동시키도록 컴퓨터 구성에서 사용되는 광학 마우스일 수 있다. 이러한 광학 마우스는 기존의 기계식 마우스처럼, 손으로 마우스 패드를 이동한다. EP-A 0 942 285 호 공보에 기재된 바와 같이, 입력 장치는 "반 전형(inverted)" 광학 마우스일 수도 있다. 이때, 입력 장치는 고정시켜 놓은 것으로, 예컨대 데스크탑 또는 노트북 또는 팜 컴퓨터의 키보드에 설치되며, 사람의 손가락을, 예컨대 입력 장치의 하우징 내 투명한 창 위로 이동시킨다. 후자의 경우, 이것은 손가락 움직임을 측정하기 위한 광 모듈을 매우 소형으로 만들 수 있기 때문에 입력 장치는 작을 수 있다. 실제로, 입력 장치는 광학 측정 모듈로 축소된다. 이것은 입력 장치의 새로운 적용에의 길을 연다. 예컨대, 입력 기능은 메뉴 상의 기능들을 선택하여 인터넷 페이지들에 접속하기 위해 이동 전화에 또는 같은 목적으로 TV용 원격 제어 유닛에 또는 가상 펜에 설치될 수 있다.

EP-A 0 942 285 호 공보에는, 광학 측정 모듈의 여러 가지 실시예들이 개시되어 있고, 이들 실시예는 호모다인(homodyne) 또는 헤테로다인(heterodyne) 검출을 이용하고 있다. 실시예들 모두가, 모듈 창에 가깝게 배치된 회절격자를 포함한다. 회절은 바람직하게는 1차들 중 하나가 회절된 방사광인 조사 빔 방사광의 일부를, 물체 표면에 의해 반사되고 산란된 방사광의 일부를 또한 수신하는 검출기로 반사시킨다. 회절에 의해 1차가 회절된 레이저 방사광을 국부 발진기 빔이라고 하며, 검출기는 이 국부 발진기 빔을 사용하여 물체 표면으로부터 방사광을 간섭성에 의해 검출한다. 국부 발진기 빔과 검출기에 도달한 물체 표면에 의해 반사된 방사광의 간섭은 검출기로부터 비트 신호를 발생하고, 이 신호는 이 표면에 평행한 물체 표면의 상대적 움직임에 의해 결정된다. EP-A 0 942 285 호의 광학 측정 모듈은 회절 외에도, 검출기 앞에, 시준 렌즈, 포커싱 렌즈 및 핀홀 다이어프램을 포함하며, 이들 요소는 매우 정확하게 정렬되어 있어야 한다. 이것은 대중 소비자 제 품용으로 의도된 모듈의 제조를 복잡하게 하고 비용을 증가시킨다.

본 발명의 목적은 다른 검출 원리에 기초하고 소수의 구성 요소들에 의한 광학 구조를 사용할 수 있게 하며 제조하기가 쉬운 서두에 기술한 방법을 제공하는 것이다. 이 방법은 상기 측정용 빔을 따라 다시 반사되어, 측정용 빔을 방출하는 레이저 캐비티(laser cavity)에 재진입하는 측정용 빔 방사광이 선택되는 것과, 상기 재진입하는 방사광과 레이저 캐비티 내 광파와의 간섭에 기인하며 상기 움직임을 나타내는 레이저 캐비티의 동작의 변화가 측정되는 것을 특징으로 한다.

입력 장치와, 물체, 예컨대 손가락 또는 다른 물체의 상대적 움직임을 측정하는 새로운 방법은 다이오드 레이저에서 이른바 자기 혼합(self-mixing) 효과를 이용한다. 이것은 다이오드에 의해 방출되어 다이오드 레이저의 캐비티에 재진입하는 방사광이 레이저의 이득 변화를 유발하고 이에 따라 레이저에 의해 방출된 방사광의 변화를 유발하는 현상이다. 상기 물체 및 입력 장치는 움직임 방향이 레이저 빔의 방향의 성분을 갖도록 서로 이동된다. 상기 물체 및 입력 장치가 움직일 때, 물체에 의해 산란된 방사광은 도플러 효과(Doppler effect)로 인해 물체를 조사하는 방사광의 주파수와는 다른 주파수를 얻는다. 산란된 광의 일부는 조사 빔을 물체에 포커싱시키는 동일한 렌즈에 의해 다이오드 레이저 상에 포커싱된다. 산란된 방사광의 일부는 레이저 미러를 통해 레이저 캐비티에 들어가지 때문에, 레이저 내에서 광의 간섭이 발생한다. 이것은 레이저 및 방출된 방사광의 특성에 기 본적인 변화를 발생시킨다. 자기 결합 효과(self-coupling effect)에 기인하여 변하는 파라미터들은 파워, 레이저 반사의 주파수와 선폭, 및 레이저 임계 이득이다. 레이저 캐비티 내에서 간섭 결과는 두 방사광 주파수들의 차와 동일한 주파수에 의한 이들 파라미터의 값들의 변화이다. 이 차이는 물체의 속도에 비례한다. 이에 따라 물체의 속도, 및 시간에 대해 적분함으로써 물체의 변위를, 상기 파라미터들 중 한 파라미터의 값을 측정함으로써 결정될 수 있다. 이 방법은 소수의 간단한 구성 요소들만으로 실행될 수 있고 이들 구성요소의 정확한 정렬을 요구되지 않는다.

물체, 또는 일반적으로 고체 및 유체의 속도를 측정하기 위한 자기 혼합 효과의 사용은 공지되어 있다. 예로서, 1988년 1월 15일, Applied Optics, Vol. 27, No.2의 379-385페이지에 "Small laser Doppler velocimeter based on the self-mixing effect in a diode laser" 논문과, 1992년 6월 20일, Applied Optics, Vol. 31, No.8의 3401-3408 페이지에 "Laser Doppler velocimeter based on the self-mixing effect in a fibre-coupled semiconductor laser: theory" 논문을 참조한다. 그러나, 지금까지, 위에서 설명한 입력 장치에 자기 혼합 효과의 사용은 제안되어 있지 않다. 이 새로운 적용은 자기 결합 효과를 사용한 측정 모듈을 많은 추가 비용없이 기존의 장치 및 기기에 쉽게 설치할 수 있게 소형으로 저렴하게 만들 수 있다면 인식에 근거한다.

움직임 방향을 검출하기 위해, 즉 물체가 측정 축을 따라 앞뒤로 움직이는지 여부를 검출하기 위해, 방법은 레이저 캐비티의 동작 변화를 나타내는 신호의 형성 이 결정되는 것을 특징으로 할 수 있다.

이 신호는 비대칭 신호이고, 순방향 이동에 대한 비대칭은 역방향 이동에 대한 비대칭과는 다르다.

자기 혼합 신호의 비대칭을 결정하기가 어려운 상황하에서는 바람직하게는 다른 방법이 사용된다. 이 방법은 적어도 하나의 측정 축을 따라 일어나는 움직임 방향이, 주기적으로 변하는 전류를 레이저 캐비티에 공급하고 제1 및 제2 측정 신호들을 서로 비교함으로써 결정되며, 상기 제1 및 제2 측정 신호들은 교번하는 제1 반주기 및 제2 반주기 각각의 동안에 발생되는 것을 특징으로 한다.

다이오드 레이저에 의해 방출되는 방사광의 파장이 증가하고, 이에 따라 이 방사광의 주파수는 온도 증가에 따라, 따라서 다이오드 레이저를 통하는 전류의 증가에 따라 감소한다. 레이저 캐비티에 재진입하는 물체로부터의 방사광과 다이오드 레이저를 통하는 주기적으로 변하는 전류에 의해서, 반주기 당 방사광 펄스 수들이 많아지고 이에 따라 측정된 신호의 펄스 수가 대응하여 많아진다. 입력 장치와 물체의 상대적 움직임이 없다면, 신호 펄스 수는 각각의 반주기에서 동일하다. 장치 및 물체가 서로에 대하여 이동하면, 한 반주기 내 펄스 수는 이동방향에 따라 다음 반주기 내 펄스 수보다 크거나 작다. 한 반주기 동안 측정되는 신호와 다음 반주기 동안 측정되는 신호를 비교함으로써, 이동속도만이 아니라 이동방향도 결정될 수 있다.

이 방법은 제1 및 제2 측정 신호들이 서로 감산되는 것을 특징으로 한다.

움직임을 측정하는 방법은 물체 표면에 대체로 수직인 축을 따라 일어나는 상기 물체와 상기 입력 장치의 상기 물체 표면에 수직인 단일의 상호 움직임에 의해 클릭 동작을 결정하는데 사용되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 단일의 움직임에 의해, 물체 표면에 의해 산란되어 레이저 캐비티를 향하여 반사되는 측정용 빔의 방사광이 도플러 시프트하게 되므로, 상기 움직임이 레이저 캐비티의 관계된 파라미터의 변화를 측정함으로써 수행되었는지 여부가 결정될 수 있다. 예컨대 컴퓨터의 커서가 입력 장치의 X 및 Y 움직임 측정 시스템들의 제어 하에 메뉴 차트의 원하는 기능 상에 놓여진 후, 이 기능은 Z 방향으로의 단일의 움직임에 의해 활성화될 수 있다.

상기 측정 방법은 보다 바람직하게는, 상기 물체 표면에 평행한 제1 방향 및 상기 물체 표면에 수직인 제2 방향으로 일어나는 상기 물체와 상기 입력 장치의 상호 움직임에 의해 스크롤 동작 및 클릭 동작을 결정하는데 사용되는 것을 특징으로 한다.

스크롤 동작은 메뉴에 커서의 업 다운, 또는 다운 업 움직임을 의미하는 것으로 이해된다. 이러한 동작은 입력 장치에 소정의 방향으로 손가락을 이동시킴으로써 실현될 수 있다. 이 방법에 의해서, 물체 표면에 평행한 제1 측정축, 및 이 표면에 평행한 제2 측정 축을 따라 측정들이 실행될 수 있다. 제1 측정은 스크롤 동작에 관한 정보를 제공하며 제2 측정은 클릭동작에 관한 정보를 제공한다. 또한, 2 개의 측정 축들은 물체 표면의 법선에 대해 대향하는 각도들을 형성할 수 있다. 그러면, 두 측정 축들의 신호들은 스크롤 동작 및 클릭 동작에 관한 정보를 포함한다. 특정의 클릭동작만이 아니라 특정의 스크롤 동작은 2 개의 측정 동작들 의 신호들을 적합히 결합함으로써 분리될 수 있다.

상기 레이저 캐비티의 동작 변화는 여러 가지 방법으로 결정될 수 있다.

상기 측정 방법의 제1 실시예는 다이오드 레이저 캐비티의 임피던스가 측정되는 것을 특징으로 한다.

상기 레이저 다이오드의 임피던스는 간섭효과에 기인하여 변하는 파라미터들 중 하나이며 입력 장치와 물체의 상대적 움직임의 함수이다. 이 임피던스는 다이오드 레이저 양단의 전압을 측정하고 이 측정된 전압값을 다이오드 레이저를 통하는 전류의 기지의 값으로 나눔으로써 결정될 수 있다.

상기 방법의 바람직한 실시예는 레이저 방사광의 세기가 측정되는 것을 특징으로 한다.

레이저 방사광의 세기 측정은 간단한 포토다이오드로 행해질 수 있기 때문에 레이저 캐비티의 변화를 결정하는 가장 간단한 방법이다.

본 발명은 상기 방법을 실행하기 위한 것으로, 레이저 캐비티를 구비하고 측정용 빔을 발생하기 위한 적어도 하나의 레이저, 상기 물체에 가까운 평면에 측정용 빔을 집중시키는 광학 수단, 및 상기 물체에 의해 반사된 측정용 빔 방사광을 전기신호로 변환하는 변환수단을 포함하는 광 모듈이 구비된 입력 장치에 관한 것이다. 상기 평면은 모듈 하우징 내 창의 평면이거나 이 창에 가까운 평면일 수 있다. 입력 장치는 상기 변환수단이 레이저 캐비티의 동작 변화를 측정하는 측정수단과 상기 레이저 캐비티와의 조합에 의해 구성되며, 상기 레이저 캐비티의 동작 변화는 상기 레이저 캐비티에 재진입하는 반사된 측정용 빔 방사광과 이 캐비티 내 광파와의 간섭에 기인하며 물체와 모듈의 상대적 움직임을 나타내는 것을 특징으로 한다.

기존의 입력 장치들에 광 모듈을 구현함으로써, 이들을 보다 간단하고 저렴하고 보다 콤팩트하게 할 수 있다. 더구나, 입력 장치들의 새로운 적용, 특히 소비자 제품에의 적용이 가능하게 된다.

상기 입력 장치의 제1 실시예는 상기 측정수단이 레이저 캐비티의 임피던스 변화를 측정하기 위한 수단인 것을 특징으로 한다.

상기 입력 장치의 바람직한 실시예는 상기 측정수단이 레이저에 의해 방출된 방사광을 측정하기 위한 방사광 측정기인 것을 특징으로 한다.

상기 방사광 검출기는 측정용 빔의 방사광의 일부를 수신하도록 배치될 수 있다.

그러나, 상기 입력 장치의 이 실시예는 바람직하게는 상기 방사광 검출기가 상기 측정용 빔이 방출되는 레이저 캐비티의 측에 대향하는 레이저 캐비티 측에 배치된 것을 특징으로 한다.

일반적으로, 다이오드 레이저들에는 자신들의 후면측에 모니터 다이오드가 제공된다. 통상적으로, 이러한 모니터 다이오드는 다이오드 레이저의 앞측에서 방출되는 레이저 빔의 세기를 안정화시키는 데 사용된다. 본 발명에 따라서, 모니터 다이오드는 레이저 캐비티에 재진입하는 측정용 빔의 방사광에 의해 발생되는 레이저 캐비티의 변화를 검출하는데 사용된다.

물체의 조사되는 표면에 평행한 평면에서 물체와 장치의 상호 움직임을 측정 하는 입력 장치는, 적어도 2 개의 다이오드 레이저와, 제1 및 제2 측정 축을 따라 일어나는 상기 물체와 상기 장치의 상대적 움직임을 측정하기 위한 적어도 하나의 검출기를 포함하고, 상기 축들은 상기 물체의 조사되는 표면에 평행한 것을 특징으로 한다.

후술되는 바와 같이, 2 개 이상의 측정용 빔들을 이용하는 이러한 장치 및 그 외 다른 장치들에는 각각의 측정용 빔에 대한 별도의 검출기 설치된다. 그러나, 시분할이 사용된다면 모든 측정용 빔들에 대해 하나의 동일 검출기를 사용하는 것도 가능하다.

물체 및 입력 장치의 제 3의 상대적 움직임을 검출할 수 있게 하는 입력 장치는, 적어도 3개의 다이오드 레이저와, 제1, 제2 및 제3 측정 축들을 따라 상기 물체와 상기 장치의 상대적 움직임을 측정하기 위한 적어도 하나의 검출기를 포함하고, 상기 제1 및 제2 축들은 상기 물체의 조사되는 표면에 평행하고 상기 제3 축은 이 표면에 수직인 것을 특징으로 한다.

상기 입력 장치의 이 실시예는 제3 측정 축을 따라 일어나는 물체 및 장치의 단일의 움직임을 인식하고 이를 전기신호로 변환하고 이에 의해 클릭동작이 결정될 수 있다.

스크롤 동작 및 클릭동작을 결정할 수 있게 하는 입력 장치는, 적어도 2 개의 다이오드 레이저와, 상기 물체 표면에 평행한 제1 측정 축과 상기 물체 표면에 수직인 제2 측정 축을 따라 일어나는 상기 물체와 상기 장치의 상대적 움직임을 측정하기 위한 적어도 하나의 검출기를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 제1 측정 축은 스크롤 동작을 결정하는데 사용되고, 제2 측정 축은 클릭 동작을 결정하는데 사용된다.

또한, 이 입력 장치는, 적어도 2 개의 다이오드 레이저와, 제1 및 제2 측정 축을 따라 일어나는 상기 물체와 상기 입력 장치의 상대적 움직임을 측정하는 적어도 하나의 검출기를 포함하며, 상기 축들은 상기 물체 표면의 법선에 대해 서로 대향하는 각도들을 형성하는 것을 특징으로 한다.

두 측정 축들로부터의 신호들은 스크롤 동작 및 클릭 동작에 관한 정보를 포함하고 두 측정 축들의 정보를 적합히 결합함으로써 특정의 클릭 동작 정보만이 아니라 특정의 스크롤 동작 정보가 분리될 수 있다.

구성적 측면에서, 상기 입력 장치는 몇 가지 실시예들이 있을 수 있다. 제1 실시예는 상기 광학 수단은, 한편에, 상기 적어도 하나의 레이저와 관련 검출기 사이에 배치된 렌즈를 포함하며, 다른 한편에 동작 평면을 포함하며, 상기 적어도 하나의 레이저는 렌즈에 대해 편심으로 배치된 것을 특징으로 한다.

동작 평면은 움직임이 측정되는 평면, 즉 움직임이 일어나고 측정용 빔이 도달하는 평면을 의미하는 것으로 이해된다. 이 동작 평면은 장치 하우징 내 창의 평면이거나 이 창에 가까운 평면일 수 있다. 렌즈는 회전 대칭의 렌즈이거나 또다른 형상을 가질 수 있다. 렌즈 요소에 대해 레이저들이 편심 위치하여 있어, 대응하는 조사 빔들이 예각으로 장치의 창에 입사할 수 있으므로 이들 빔은 관련 측정 축을 따라 일어나는 성분을 갖게 된다. 이하의 설명에서, 렌즈 또는 모듈의 대칭 축을 의미하는 광축이라는 용어를 사용하며, 이 광축은 모듈의 창에 수직이다.

이 실시예가 2 개의 다이오드 레이저들을 포함하면, 상기 다이오드 레이저들은 자신들의 중심들을 렌즈의 광축에 연결하는 선들이 서로 90°의 각도를 형성하도록 배열된 것을 특징으로 한다.

이 실시예가 3개의 다이오드 레이저들을 포함하면, 상기 다이오드 레이저들은 자신들의 중심들을 렌즈의 광축에 연결하는 선들이 서로에 대해 120°의 각도를 형성하도록 배치된 것을 특징으로 한다.

상기 검출기들의 출력신호들은 공통되는 신호 처리 회로에 공급될 수 있고, 검출기 신호들 중 적어도 2 개는 각 측정 축에 대해 관계된 축을 따라 일어나는 움직임을 결정하는데 사용된다. 그러므로 움직임들에 대한 보다 정확한 값들이 얻어질 수 있다.

입력 장치에는 VCSEL(수직 캐비티 표면 방출 레이저)형의 다이오드 레이저가 사용될 수 있다. 이러한 레이저는 수직 방향으로 방사광을 방출하는 것으로, 본 장치에 적합하다. 그러나, 현재 이러한 레이저는 매우 고가이고, 소비자 대량 생산제품에는 매우 적합하지 않다.

이 때문에, 각각의 다이오드 레이저는 수평 방출 레이저이고, 상기 장치는 각각의 다이오드 레이저에 대해, 관련 다이오드 레이저로부터의 빔을 상기 동작 평면에 반사시키는 반사 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 입력 장치가 바람직하다.

수평 방출 다이오드 레이저들이 가장 일반적으로 사용되는 레이저이고 VCSEL보다 훨씬 저렴하다. 장치에 반사부재의 설치는 이 장치의 비용을 거의 추가하지 않는다.

비교적 쉽고 저비용으로 제조될 수 있는 입력 장치의 실시예는 적어도 하나의 다이오드 레이저와 연견된 검출기가 실장되는 기초 판, 상기 기초 판에 고정되고 창을 포함하는 된 캡 부재, 및 상기 캡 부재에 수용된 렌즈로 구성된 것을 특징으로 한다.

이 실시예는 쉽게 그리고 엄격한 정렬 요건 없이 조립될 수 있는 3개의 부분들만으로 구성된다.

제조하기가 더 쉬운 입력 장치의 실시예는 렌즈가 기초 판 쪽으로 만곡된 내부 표면을 갖는 캡 부재에 일체화 된 것을 특징으로 한다.

이 실시예는 2 개의 부분들 만으로 구성된다.

이들 실시예는 바람직하게는 상기 기초 판, 상기 캡 부재, 및 상기 렌즈가 플라스틱 재료로 제조된 것을 특징으로 한다.

이러한 재료로 제조된 구성 요소들은 저렴하고 경량이어서 소비자 제품에 적합하다. 렌즈재료만이 투명하고 어떤 광학적 특성을 가질 것이다.

렌즈가 없는 다른 실시예는 각각의 다이오드 레이저가 별도의 광 가이드의 입구측에 연결되고, 그 출구측은 상기 입력 장치의 창에 위치된 것을 특징으로 한다.

이 실시예에서, 조사 빔의 방사광은 그 주변으로부터 양호하게 분리되며, 따라서 다른 축들을 따라 일어나는 움직임들간의 크로스토크가 제거되거나 매우 감소된다.

이 실시예는 바람직하게 광 가이드들이 광섬유들인 것을 특징으로 한다.

광섬유들은 가요성이 있고, 단면적이 작고 단위 길이당 감쇄가 거의 없으며 이에 따라 다이오드 레이저들 및 검출기들로부터 보다 먼 거리에 장치의 창을 배치할 수 있게 한다.

상기 광 섬유들을 사용하는 실시예는 바람직하게는 3개의 다이오드 레이저들 및 3개의 광 가이드들을 포함하는 것과, 상기 광 가이드들의 출구측들은 상호 120°의 간격으로 원으로 배열된 것을 특징으로 한다.

상기 입력 장치는 데스크탑 컴퓨터용의 마우스에, 데스크탑 또는 랩탐 컴퓨터의 키보드에, 다른 장치용의 원격 제어 유닛에, 이동전화 등에 청구항 27-33에 기재된 바와 같은 다른 응용들에 사용될 수 있다.

도 1의 (a)는 본 발명에 따른 장치의 제1 실시예를 단면으로 나타낸 도면.

도 1의 (b)는 이 장치의 평면도.

도 2는 입력 장치의 측정방법의 원리를 나타낸 도면.

도 3은 장치와 물체의 상호 움직임의 함수로서 레이저 캐비티의 광학 주파수 변화 및 이득 변화을 나타낸 도면.

도 4는 이 변화을 측정하는 방법을 나타낸 도면.

도 5는 광학 피드백에 의한 레이저의 온도의 함수로서 레이저 파장의 변화을 나타낸 도면.

도 6은 레이저용의 주기적으로 변하는 구동 전류의 사용 효과를 나타낸 도면.

도 7은 움직임 방향이 어떻게 검출되는가를 나타낸 도면.

도 8은 3개의 측정 축들을 가진 입력 장치를 도시한 도면.

도 9는 입력 장치의 제2 실시예를 나타낸 도면.

도 10은 이 장치의 제3 실시예를 나타낸 도면.

도 11은 이 장치의 제4 실시예를 나타낸 도면.

도 12는 입력 장치가 설치된 이동전화를 나타낸 도면.

도 13은 입력 장치가 설치된 무선 전화를 나타낸 도면.

도 14는 입력 장치가 설치된 TV를 나타낸 도면.

도 15는 입력 장치가 설치된 랩탑 컴퓨터를 나타낸 도면.

도 16은 입력 장치가 설치된 데스크탑 컴퓨터를 나타낸 도면.

도 17은 입력 장치가 설치된 펜을 나타낸 도면.

도 18은 입력 장치가 설치된 가상 펜을 나타낸 도면.

도 19는 입력 장치가 설치된 초음파 스캐닝 장치를 나타낸 도면.

도 20 및 21은 스크롤 및 클릭하기 위한 입력 장치의 제1 실시예를 나타낸 도면.

도 22는 이러한 장치의 제2 실시예를 나타낸 도면.

도 1의 (a)는 입력 장치의 단면도이다. 이 장치는 그 하측에 기초 판(1)을 포함하고, 이 기초 판(1)은 이 실시예에선 VCSEL형의 레이저들인 다이오드 레이저들 및 예컨대 포토 다이오드들인 검출기들용의 캐리어이다. 도 1의 (a)에서는 단지 하나의 다이오드 레이저(3)와 그 관련 포토 다이오드(4)가 도시되어 있으나, 보통은 장치의 평면도인 도 1의 (b)에 도시된 바와 같이 기초 판 상에 적어도 제2 다이오드 레이저(5) 및 관련 검출기(6)가 설치된다. 다이오드 레이저들(3, 5)은 레이저를 방출하거나 또는 빔(13, 17)들을 각각 측정한다. 장치 상측에는 투명창(12)이 구비되어 있는데, 이 투명창(12)에는 물체(15), 예컨대 사람의 손가락이 이동하게 된다. 예컨대, 평철(plano-convex) 렌즈인 렌즈(10)가 다이오드 레이저들과 창 사이에 배치되어 있다. 이 렌즈는 레이저 빔들(13, 17)을 투명창의 상측에 또는 이에 가까이에 포커싱시킨다. 물체(15)가 이 위치에 있다면, 빔(13)이 산란한다. 방사광된 빔(13)의 일부는 조사(illumnation) 빔(13)의 방향으로 산란되고 이 부분은 렌즈(10)에 의해 다이오드 레이저(3)의 방출면 상에 집중되어 이 레이저의 캐비티로 재진입다. 후술하는 바와 같이, 캐비티로 되돌아가는 방사광은 이 캐비티에 변화를 유발하는데, 이로 인해, 특히, 다이오드 레이저에 의해 방출된 레이저 방사광의 세기가 변하게 된다. 이 변화는 방사광 변화를 전기신호로 변환시키는 포토 다이오드(4), 및 이 신호를 처리하는 전기회로(18)에 의해 검출될 수 있다. 조사 빔(17) 또한 물체 상에 포커싱되고, 이에 의해 산란되고, 산란된 방사광의 일부는 다이오드 레이저(5)의 캐비티로 다시 들어간다. 도 1에 도시한 포토 다이오드(6)의 신호용의 회로(18, 19)는 단지 예시적인 것이고 통상의 것일 수 있다. 도 1의 (b)에 도시된 바와 같이, 회로는 상호 접속되어 있다.

도 2는 입력 장치의 원리, 및 수평 방출 다이오드 레이저 및 레이저의 후면에 배치된 모니터 포토 다이오드가 사용될 때 본 발명에 따른 측정 방법을 나타낸 도면이다. 이 도면에서, 다이오드 레이저, 예컨대 다이오드 레이저(3)를, 개략적으로 캐비티(20) 및 각각 전면 및 후면 또는 레이저 미러들(21, 22)로 나타내었다. 캐비티의 길이는 L이다. 움직임이 측정될 물체를 참조부호 15로 나타내었다. 이 물체와 전면(21) 사이의 공간은 길이 L₀의 외부 캐비티를 형성한다. 전면을 통해 방출된 레이저 빔을 참조부호 25로 나타내었으며, 전면 방향으로 물체에 의해 반사된 방사광을 참조부호 26으로 나타내었다. 레이저 캐비티 내에서 발생된 방사광의 일부는 후면을 지나 포토 다이오드(4)에 의해 포착된다.

물체(15)가 조사 빔(13) 방향으로 이동하면, 반사된 방사광(26)는 도플러 시프트된다. 이것은 이 방사광의 주파수가 변경한다는 것, 또는 주파수 시프트가 일어남을 의미한다. 이 주파수 시프트는 물체가 이동하는 속도에 따르며 수 kHz 내지 MHz 정도이다. 레이저 캐비티에 재진입하는 주파수가 시프트된 방사광은 광파, 또는 이 캐비티에서 발생된 방사광과 간섭한다. 즉, 캐비티 내에서 자기 혼합 효과가 발생한다. 캐비티에 재진입하는 방사광과 광파 간 위상 시프트량에 따라, 간섭은 보강하거나 상쇄되게 된다. 즉, 레이저 방사광의 세기가 주기적으로 증가 또는 감소된다. 이러한 식으로 발생된 레이저 방사광 변조 주파수는 캐비티 내 광파의 주파수와 캐비티에 재진입하는 도플러 시프트된 방사광의 주파수 간 차이와 정확히 동일하다. 주파수 차이는 수 kHz 내지 MHz 정도이고 따라서 검출하기가 쉽다. 자기 혼합 효과와 도플러 시프트가 같이하여 레이저 캐비티의 동작에 변화를 야기시키게 된다. 특히, 이득 또는 광 증폭이 변한다.

이것을 도 3에 도시하였다. 이 도면에서, 곡선(31, 32)은 방출된 레이저 방사광의 주파수(ν)의 변화와 다이오드 레이저의 이득(g)의 변화를, 물체(15)와 전면 미러(21) 간 거리(L₀)의 함수로서 각각 나타낸 것이다. ν, g, L₀ 모두 단위는 임의이다. 체의 이동으로 인해 거리(L₀)가 변화하면, 도 3의 횡축은 시간축으로 리-스케일(re-scale) 될 수 있어서 이득은 시간의 함수로서 작성되게 된다. 물체의 속도(v)의 함수로서 이득 변화(Δg)은 다음의 식으로 주어진다:

이 식에서,

- K는 외부 캐비티의 결합 계수이고, 레이저 캐비티로부터 결합되는 방사광의 양을 나타낸다.

- υ는 레이저 방사광의 주파수이다.

- v는 조사 빔 방향으로의 물체의 속도이다.

- t는 시간 모멘트이다.

- c는 광속도이다.

상기 식은 위에서 언급한 두 논문에 개시된 자기 혼합 효과에 관한 이론으로부터 도출될 수 있다. 물체 표면은 도 2에 화살표 16으로 나타낸 바와 같이 물체 자신의 평면으로 이동된다. 도플러 시프트는 빔 방향으로 물체가 이동하는 경우에만 발생하기 때문에, 이 움직임(16)은 이 방향으로 성분(16')을 갖게 되는 이동이 되게 된다. 그럼으로써, XY 평면, 즉 움직임을 X 이동이라 칭할 수 있는 도 2의 도면의 면으로의 이동을 측정하는 것이 가능하게 된다. 도 2는 물체의 표면이 시스템의 지지대에 대해 비스듬한 위치를 갖는 것을 나타낸 도면이다. 실제적으로, 보통 측정용 빔은 비스듬한 빔이고 물체 표면의 이동은 XY 평면에서 발생할 것이다. Y 방향은 도 2에서 도면의 면에 수직이다. 이 방향으로의 이동은 제2 다이오드 레이저에 의해 방출되고, 산란되고 이 광이 제2 다이오드 레이저에 관련 제2 포토 다이오드에 의해 포착되는 제2 측정용 빔에 의해 측정될 수 있다. 비스듬한 조사 빔(들)은 도 1에 도시한 바와 같이, 렌즈(10)에 대해 편심으로 다이오드 레이저(들)을 배치함으로써 얻어진다.

모니터 다이오드에 의해 레이저 후면에서의 방사광 세기를 측정함으로써 물체 이동에 의해 야기된 레이저 캐비티 이득 변화를 측정하는 것이 가장 간단하므로, 가장 바람직한 방법이다. 통상, 이러한 다이오드는 레이저 방사광의 세기를 일정하게 유지하는 데 사용되지만, 물체의 이동을 측정하는 데에도 사용된다.

이득 변화, 이에 따라 물체의 움직임을 측정하는 또다른 방법은 레이저 방사광의 세기가 레이저 접합부의 전도대 내 전자 수에 비례한다는 사실을 이용한다. 이 수는 접합부의 저항에 반비례한다. 이 저항을 측정함으로써, 물체의 이동을 결 정할 수 있다. 이러한 측정 방법의 실시예를 도 4에 도시하였다. 이 도면에서, 다이오드 레이저의 활성층을 참조부호 35로 나타내었으며 이 레이저에 공급하기 위한 전류원을 참조부호 36으로 나타내었다. 다이오드 레이저 양단의 전압은 캐패시터(38)를 통해 전자 회로(40)에 공급된다. 레이저를 통하는 전류로 정규화되는 이 전압은 레이저 캐비티의 저항 또는 임피던스에 비례한다. 다이오드 레이저와 직렬로 된 인덕턴스(37)는 다이오드 레이저 양단의 신호에 대해 고 임피던스를 형성한다.

움직임의 양, 즉 측정된 속도를 시간에 대해 적분하여 측정될 수 있는, 물체가 이동한 거리 외에, 이동 방향도 검출되어야 한다. 이것은 물체가 이동축을 따라 앞 뒤로 이동하는지 여부가 결정되어야 함을 의미한다. 이동 방향은 자기 혼합 효과에 기인한 신호의 형상을 결정함으로써 검출될 수 있다. 도 3에 그래프(32)로 도시한 바와 같이, 이 신호는 비대칭 신호이다. 그래프(32)는 물체가 레이저를 향하여 이동하고 있는 상황을 나타낸다. 상승 기울기(32')는 하강 기울기(32'')보다 급격하다. 전술한 1992년 6월 20일 Applied Optics, Vol. 31, No. 8 페이지 3401-3408의 논문에 기술된 바와 같이, 물체가 레이저로부터 멀어져 이동할 경우엔 비대칭은 반대로 된다. 즉, 하강 기울기는 상승 기울기보다 더 급격하다. 자기 혼합 신호의 비대칭 형태를 결정함으로써, 물체의 이동방향을 확정할 수 있다. 특정 상황 하에서는, 예컨대 물체의 반사 계수가 작은 상황 또는 물체와 다이오드 레이저간 거리가 큰 상황 하에서는, 자기 혼합 신호의 형태 또는 비대칭을 결정하기 어렵게 될 수 있다.

움직임의 방향을 결정하는 다른 바람직한 방법에서는 레이저 방사광이 다이오드 레이저의 온도 따라서 이 다이오드 레이저를 통하는 전류에 따른다는 사실을 이용한다. 예컨대, 다이오드 레이저의 온도가 증가하면, 레이저 캐비티의 길이가 증가하고 증폭되는 방사광 파장이 증가한다. 도 5의 곡선은 방출된 방사광의 파장 λ의 온도 의존도를 나타낸다. 이 도면에서, 수평축 T_d 및 수직축 λ은 임의의 단위이다.

도 6에 도시된 바와 같이, 그래프(50)로 나타낸 주기적 구동 전류(I_d)가 다이오드 레이저에 공급되면, 다이오드 레이저의 온도(T_d)는 그래프(52)로 나타낸 바와 같이 주기적으로 상승 및 하강한다. 이에 따라, 레이저 캐비티 내에, 주파수가 주기적으로 변하여 물체에 의해 반사된 방사광에 대해 위상 시프트가 연속적으로 변하는 광학 정재파로 되고 어떤 시간 지연을 갖고 캐비티에 다시 들어간다. 구동 전류의 매 반주기에, 캐비티내의 파와 캐비티에 재진입하는 반사된 방사광의 위상 관계에 따라 다이오드 레이저 이득이 더 높아지고 더 낮아지는 연속한 시간 구간들이 존재하게 된다. 이로 인해, 도 6의 그래프(54)로 도시한 바와 같이 방출된 방사광의 세기가 시간에 따라 변화(I)하게 된다. 이 그래프는 정지한, 또는 움직이지 않는 물체의 상황을 나타낸다. 제 1 반주기(1/2p(a)) 내의 펄스 수는 제 2 반주기(1/2p(b)) 내의 펄스 수와 동일하다.

상기 물체의 움직임은 레이저 캐비티로 재진입하는 방사광의 도플러 시프트를 야기한다. 즉, 이 주파수는 이동 방향에 따라 증가 또는 감소한다. 일 방향, 즉 순방향으로 물체의 이동에 의해 재진입 방사광 파장이 감소하게 되고 반대 방향으로의 이동에 의해 이 방사광의 파장은 증가하게 된다. 레이저 캐비티 안에서 광파의 주기적인 주파수 변조 효과는, 도플러 시프트가 레이저 캐비티 내 주파수 변조와 동일한 부호를 갖는 경우 캐비티에 재진입하는 도플러 시프트된 방사광의 효과와, 상기 주파수 변조 및 도플러 시프트가 반대 부호들을 갖는 경우에 방사광이 가진 효과와는 다르다. 두 주파수 시프트들이 동일한 부호들을 가지면, 파와 재진입 방사광 간 위상 차는 서서히 변하며 결과적인 레이저 방사광 변조의 주파수는 낮아진다. 두 주파수 시프트들이 반대되는 부호들을 갖는다면, 파와 방사광 간 위상 차는 빠르게 변하여 결과적인 레이저 방사광 변조의 주파수는 높아진다. 구동 레이저 전류의 제1 반주기(1/2p(a)) 동안, 생성된 레이저 방사광의 파장은 증가한다. 역방향으로 이동하는 물체의 경우, 재진입 방사광의 파장이 증가하고, 따라서 캐비티 내 파의 주파수와 이 캐비티에 재진입하는 방사광의 파의 주파수 간 차이는 낮아진다. 이에 따라, 재진입 방사광의 파장이 생성된 방사광의 파장에 맞게 되는 시간 구간들의 수는 방출된 레이저 방사광을 전기적으로 변조하지 않는 경우보다 적어진다. 이것은 물체가 역방향으로 이동할 경우 제1 반주기 내 펄스 수는 변조를 적용하지 않는 경우보다 적어짐을 의미한다. 레이저 온도 및 생성된 방사광의 파장이 감소하는 제2 반주기(1/2p(b))에서, 재진입 방사광의 파장이 생성된 방사광의 파장에 맞게 되는 시간 구간들의 수가 증가한다. 이에 따라, 역방향으로 이동하는 물체에 있어서, 제1 반주기 내 펄스 수는 제2 반주기 내 펄스 수보다 적다. 이것을 도 7의 그래프(58)에 도시하였으며, 이 그래프는 물체가 역방향으로 이동할 경우 방출되는 레이저 방사광의 세기(I_b)를 나타낸다. 이 그래프를 도 6의 그래프(54)와 비교하면, 제1 반주기 내 펄스 수가 감소하였고 제2 반주기 내 펄스 수는 증가하였음을 보여준다.

이상의 이유로부터, 물체에 의해 산란되어 캐비티에 재진입하는 방사광의 파장이 도플러 효과에 의해 감소하는 경우로서 물체가 순방향으로 이동할 경우, 제1 반주기(1/2p(a)) 내 펄스 수는 제2 반주기(1/2p(b)) 내 펄스 수보다 큼이 명백하다. 이것은 순방향으로 이동하는 물체의 경우에 방출되는 방사광의 세기(I_f)를 나타내는 도 7의 그래프(56)를 비교함으로써 검증될 수 있다. 전자 처리회로에서, 제2 반주기(1/2p(b)) 동안 카운트된 포토 다이오드 신호 펄스 수를 제1 반주기(1/2p(a)) 동안 카운트한 펄스 수에서 감한다. 결과로 나온 신호가 제로이면, 물체는 정지하여 있는 것이다. 결과로 나온 신호가 양이면, 물체는 순방향으로 이동하는 것이고, 신호가 음이면, 물체는 역방향으로 이동하는 것이다. 결과적인 펄스의 수는 각각 순방향 및 역방향으로의 이동 속도에 비례한다.

특정 상황 하에서, 예컨대, 레이저와 물체간 광학 경로 길이가 비교적 작고 전기적 변조의 주파수 및 진폭이 비교적 작은 경우 검출될 이동이 비교적 빠를 때 도플러 효과에 의해 발생되는 펄스 수는 전기적 변조에 의해 발생된 펄스 수보다 크다. 그러나, 이때 속도는 이들 두 수의 차이에 비례하지 않는다. 이러한 상황에서 속도를 결정하기 위해서, 상기 두 수들을 평균하고 이 결과로부터 일정한 값을 감해야 한다. 이와 같이 하여 얻어진 수가 속도 측정치이다. 이 기술에 숙련 된 자는 이러한 계산을 수행하는 전기회로를 쉽게 설계할 수 있다.

도 5 및 도 6을 참조하여 설명된 실시예에 사용된 삼각 형상 구동 전류(I_d) 대신에 다른 형상, 예컨대 사각 형상의 구동전류가 사용될 수도 있다.

다이오드 레이저 캐비티의 저항변화를 측정함으로써 이득 변화가 결정되면, 전술한 물체 이동의 속도 및 방향을 측정하는 방법이 사용될 수도 있다.

상기 측정 방법은, 예컨대 파장에 있어서, 680nm의 레이저 파장에 대해 100kHz의 도플러 주파수 시프트에 해당하는 1,5×10^-16cm의 시프트량인 작은 도플러 시트프만을 필요로 한다.

2 개의 수직 방향(X 및 Y), 또는 한 평면내의 측정 축을 따라 일어나는 물체 움직임들은 도 1의 입력 장치로 측정될 수 있고, 이 장치는 2 개의 다이오드 레이저와 수직 위치에 놓인 관련 포토 다이오드를 포함한다. 제3 다이오드 레이저와 관련 포토 다이오드를 장치에 부가함으로써 이 장치는 제3, Z방향 또는 측정 축을 따라 일어나는 움직임을 측정할 수 있다. 제3 다이오드 레이저는 제3 조사 빔이 창(12) 및 물체에 수직으로 입사하고 다른 방향으로 성분들이 전혀 없게 렌즈(10)의 광축 상에 배치될 수 있다. 이때 Z 방향에 대한 최적의 측정 신호가 얻어질 수 있다. X 및 Y 측정 신호들의 신뢰도 및 정확도를 증가시키기 위해서, 3개의 다이오드 레이저들을 하나의 원 상에 120°의 상호 각 거리로 배치하는 것이 바람직하다. 이러한 구성을 도 8에 도시하였으며, 여기서 제3 다이오드 레이저 및 제3 포토 다이오드는 각각 참조부호 4, 6, 8로 표기되었다. 포토 다이오드(4, 6, 8)의 출력신호들 또는 저항 측정 신호들을 S₄, S₆, S₈로 표기하면, X, Y, Z 측정측들을 따라 존재하는 물체의 속도들 V_x, V_y, V_z은 예컨대 다음과 같이 계산될 수 있다:

이러한 계산을 수행하는 전자 회로는 합산 및 감산 소자들을 포함하며 구현이 비교적 쉽다.

속도들의 값, 이동 시간 기간에 대해 적분함으로써 이러한 식으로 얻어진 X 및 Y 방향으로 이동 거리는 이들이 적어도 3개의 포토 다이오드들의 출력신호들을 평균한 결과이기 때문에 보다 신뢰성이 있고 정확하다. 이동 에러들, 또는 약간 손가락을 들어올리는 등의 원하지 않는 움직임들은 포토 다이오드들의 출력신호들에 유사한 영향을 미친다. X 및 Y 측정 축들을 따라 일어나는 움직임들이 출력신호들을 서로로부터 감산하여 결정될 때, X 및 Y 측정 신호에의 원하지 않는 움직임의 영향이 제거된다. 3개의 포토 다이오드들의 출력신호들을 더하여 얻어지는 Z 측정 신호만이 손가락 또는 다른 물체의 상/하 이동을 나타낸다.

Z 방향으로의 손가락과 입력 장치의 상호 움직임이 클릭 기능을 수행하는데 사용되는 응용에서는 이러한 움직임의 발생을 검출하는 것만으로 충분하다. 물체의 변위의 정확한 측정은 Z측정이 다소 개략적일 수도 있으므로 필요하지 않다. 움직임의 방향 조차도 검출될 필요가 없다.

입력 장치에 대하여 이동되는 물체의 구조나 반사 계수에 어떠한 요건도 설정할 필요가 거의 없다. 한 장의 백지와 장치의 상대적인 움직임도 쉽게 측정될 수 있음이 입증되었다.

광학적인 관점에서, 광 모듈의 크기는 매우 소형일 수 있다. 입력 장치의 크기는 주로 장치 내에 탑재될 전자 장치의 양 및 대량 생산 용이성 측면에서 결정된다. 실제 실시예들에서, 창은 3mm 내지 5mm 크기의 정사각 형상이다. 이 장치에 사용되는 측정 원리 때문에, 그 구성 성분들은 정확하게 정렬될 필요가 없어 대량 생산에 큰 이점이 된다.

도 1의 실시예에서, 렌즈(10)는 폴리카보네이트(PC) 또는 폴리메칠 메타크릴레이트(PMMA)와 같은, 유리나 투명한 플라스틱 재료로 만들어질 수 있다. 이러한 렌즈는 다이오드 렌즈들, 포토 다이오드들 및 처리 회로를 탑재하는 기판에 예컨대 에폭시로 된 투명 접착층(11)에 의해 고정될 수 있다. 이 실시예에 있어서는 다이오드 레이저들이 수직 방향으로 방사하고 따라서 이들 다이오드들은 VCSEL형일 수 있는 것으로 가정한다. 이러한 레이저는 와이어 접착 기술에 의해 기초 판 상에 쉽게 배치될 수 있다.

바람직하게는, 수평 캐비티를 구비한 보다 종래의 측면 방출 다이오드 레이저들이 비교적 저렴하므로 이들이 사용된다. 이러한 레이저는 수직 방향으로 방사하게 장착될 수 있다. 예컨대, 레이저는 소형 테이블 상에 장착될 수 있다. 그러나, 수평방향으로 방출하도록 측면 방출 다이오드 레이저들을 장착하는 것도 가능하다. 도 9의 (a)는 이러한 레이저들을 구비한 입력 장치의 실시예의 단면도이고, (b)는 이 장치의 하측부의 평면도이다. 이들 도면에서, 1은 기초 또는 하우징 판이고 이로부터 전기 접촉 핀(62)이 돌출하여 있다. 이 기초 판은 다이오드 레이저들에 대한 냉각 요소로서 기능할 수 있는 열 전도를 갖는다. 도 1 및 도 8에 개략적으로 도시한 전기회로는 회로기판을 형성하는 실리콘 또는 또다른 재료 층(60) 상에 실장될 수 있다. 도 1의 실시예는 이러한 층을 포함할 수 있다. 구성요소(3, 5, 7)은 측면 방출 다이오드 레이저들이다. 이들 각각의 레이저들에 대해, 반사 부재(64)가 설치되며, 이것은 다이오드 레이저들로부터 수평으로 방출된 빔(68, 70)을 렌즈(10)를 통해 수직 방향으로 장치의 상측에 창(12)을 향하여 반사시킨다. 바람직하게, 반사 요소들은 이들이 어떤 광학적인 능력을 갖추어 입사되는 발산 빔(68, 70)을 덜 발산하는, 또는 시준된, 또는 약간 집중된 빔으로 전환시키도록 하는 구면 형상을 갖는다. 렌즈(10)의 광학적 능력은 도 1의 실시예에서 렌즈(10)의 능력보다 작을 수 있다. 또한, 도 9의 실시예에서, 렌즈(10)는 유리 렌즈일 수 있으나, 바람직하게는 플라스틱 렌즈이다. 플라스틱 렌즈는 유리 렌즈보다 저렴하며 가볍고 엄격한 광학적 요건이 이 렌즈에 설정될 필요가 전혀 없기 때문에 이 응용에 매우 적합하다. 바람직하게는 플라스틱으로 만들어지고 투명창(12)이 구비된 캡(66)은 하우징 판(1)과 함께 장치의 하우징을 이룬다. 세 개, 또는 단지 2 개의 다이오드 레이저들이 사용되는 경우에 반사 코팅에 의해 피복된 하나의 플라스틱 링에 의해 2 개의 반사부재들이 구성될 수 있다. 상기 링은 기초 판(1)에 일체로 된 부분을 형성할 수 있다. 입력 장치는 주로 플라스틱 재료로 구성되고 쉽게 조립될 수 있는 단지 3개의 구성 부품들로 구성된다. 이들 부품 은 반사 링이 구비된 기초 판(1), 접촉 핀(62) 및 다이오드 레이저들과 관련 포토 다이오드들, 렌즈(10), 및 창(12)이 구비된 캡(66)이다.

도 10은 부품들을 더 일체화시킨 입력 장치의 바람직한 실시예를 나타낸 도면이다. 이 실시예에서, 도 9의 (a)의 실시예의 캡(66) 및 렌즈(10)는 단일의 플라스틱 요소(70)로 대체되고 이 요소(70)의 하측은 기초 판 쪽으로 만곡되어 있다. 이 만곡된 표면은 조사 빔에 관한 굴절효과가 도 9의 (a)의 렌즈(10)와 동일하다. 도 10의 실시예의 하측의 평면도는 이 부분이 도 9의 것과 동일하므로 도시하지 않았다. 도 10에 도시한 실시예는 단지 2 개의 구성 부품들로 구성되고 도 9에 도시한 실시예보다 조립이 더 쉽다.

도 8, 9, 10, 11에 도시된 실시예들에서, 조사 빔들은 창의 평면 내에 포커싱되지 않는다. 더구나, 이들 빔은 기초 판 레벨에서 다른 위치들로부터 나오기 때문에, 조사 빔들은 동작 평면, 예컨대 창의 평면 내 서로다른 위치들에 조사 스폿들을 형성한다. 조사 빔들 및 자신들의 산란된 방사광은 공간적으로 충분히 분리되므로, 상이한 측정 축들간 크로스토크는 본 발명에 따른 입력 장치에서 아무 문제가 없다. 필요하다면, 약간 다른 파장들의 다이오드 레이저들을 사용함으로써 잔류 크로스토크를 줄일 수 있다. 이 목적을 위해, 수 nm의 파장 차이만으로 이미 족하다.

크로스토크를 제거하는 또다른 가능성은 하시라도 단지 하나의 레이저만 활성화되게 하는 다이오 레이저용 제어 드라이브를 사용하는 것이다. 번갈아 다른 다이오드 레이저들을 활성화시키는 다중화 구동 회로가 이러한 제어 드라이를 구성 할 수 있다. 이러한 다중화 회로에 의해서 두 또는 세 개의 다이오드 레이저들을 하나의 검출기 또는 포토다이오드로 감시할 수 있게되고, 이 포토 다이오드는 다이오드 레이저들 각각의 범위 내에 배치되고 시분할 모드에서 사용된다. 이러한 구동회로를 구비한 실시예의 추가 이점은 회로에 필요한 공간 및 장치의 전력소비가 감소된다는 것이다.

도 11은 조사 빔들이 광섬유에 의해 창에 안내되는 입력 장치의 실시예를 나타낸 도면이다. 도 11의 (a)는 수직 단면도이고, (b)는 이 실시예의 평면도이다. 광섬유(72, 73, 74)의 입력단부들은 공지의 방식으로 각각 다이오드 레이저들(3, 5, 7)에 광학적으로 결합된다. 광섬유들은 예컨대 에폭시 또는 또다른 투명 또는 불투명한 재료의 고체 재료로 된 캡(68) 내에 내장된다. 이들 광섬유 각각은 이 광섬유에 의해 안내된 방사광과, 관련 다이오드 레이저로부터의 조사 방사광 및 이 레이저로 되돌아오는 산란된 방사광 모두에 대한 분리기를 형성한다. 결국, 상이한 측정 축들 간 크로스토크 가능성은 무시할 정도로 매우 작다. 광섬유의 다른 이점은 이들이 가요성이 있어 설계 가능성을 증가시키고 임의의 거리들에 걸쳐 방사광을 전달할 수 있으므로 다이오드 레이저들 및 포토 다이오드들이 입력 장치의 창으로부터 매우 먼 거리에 배치될 수 있다는 것이다. 도 11의 실시예에서, 다이오드 레이저들 및 관련 포토 다이오드들은 함께 가까이 배치된다. 이들 요소들은 도 11의 (a)에 도시된 바와 같이, 캡과 동일한 재료 또는 다른 재료로 되어 있을 수 있는 별도의 구획(79)에 배치될 수 있다.

광섬유 대신에, 예컨대 하나의 투명 또는 불투명 재료 내 채널들로서 다른 광 가이드들이 사용될 수 있다.

도 8-11b의 실시예들에는 3개의 다이오드 레이저들 대신 2 개가 구비될 수도 있다. 이것은 입력 장치가 단지 X 및 Y 이동만을 측정해야 하고 예컨대 클릭 기능에 대해 Z 측정이 필요하지 않는 경우가 되게 된다. 다이오드 레이저들 대신에, 다른 소형의 레이저 장치들이 사용될 수 있고 다른 소형의 방사광 감응 장치들이 포토 다이오드들을 대신할 수도 있다.

전술한 입력 장치가 저비용으로 제조될 수 있기 때문에, 일반 소비자 장치에 구현에 매우 적합하다. 크기가 매우 작고 경량이기 때문에, 이 장치는 기존의 장치에 쉽게 통합될 수 있고 그럼으로써 비용 및 무게를 증가시키지 않고 원래의 디자인을 변경함이 없이 이들 장치의 성능들을 증가시킬 수 있다.

도 12는 신규한 입력 장치의 제1의 중요 적용예, 즉 이동, 또는 셀룰라 전화 장치(80)에의 적용예를 나타낸 도면이다. 이 장치의 앞 면에는 키 입력부(82)가 구비되어 있고 이 키 입력부는 다이얼 입력 및 그 외 다른 기능들을 위한 다수의 버튼 스위치들(83)을 포함한다. 표시 장치(85)는 키 입력부(82) 상에 배치되고, 안테나(87)가 전화(80)의 상면에 설치된다. 10개의 키 다이얼과 같은 다이얼, 또는 다른 명령이 버튼 스위치(83)로부터 입력되었을 때, 입력된 명령에 관계된 정보가 전화 내, 도시되지 않은, 송신회로 및 안테나를 통해 전화회사의 기지국에 송신된다. 버튼 스위치들을 통해 입력되는 다른 명령들은 이를테면 저장된 리스트 중에서 소정의 전화번화를 선택하거나 표준 메시지들의 테이블로부터 소정의 메시지를 발송하는 등, 전화회로 내 내장된 서로다른 기능들을 활성화시키기 위해서 전화 회로에서 처리될 수 있다. 표시 장치(85)에 커서(88)의 이동을 제어하기 위한 입력 장치 및 부가 회로를 전화 장치에 제공함으로써, 기존의 기능들 중 일부가 보다 쉽게 수행될 수 있고 새로운 기능들이 생성될 수 있다. 창만이 도 12에 도시되어 있는 입력 장치(89)는 도 12에 도시한 바와 같이 예컨대 버튼 스위치들 밑에 또는 측면들 중 한 측면 상의 전화의 몇몇의 위치들에 배치될 수 있다. 바람직하게, 입력 장치의 창은 보통 전화장치를 쥐고 있기 위해 손가락들이 놓여지는 위치들 중 한 위치에 배치된다. 장치의 회로는 기능 메뉴를 표시할 수 있고 장치(89)의 입력창으로 손가락의 이동으로 커서(88)가 소정의 기능으로 이동될 수 있다. 창에 수직인 방향으로 손가락의 이동은 이러한 기능을 활성화시킬 수 있다.

입력 장치는 WAP 프로토콜 또는 I-모드 인터넷 프로토콜과 같은 표준 프로토콜이 구비된 이동전화에 일체화될 때 큰 이점을 제공할 수 있다. 이러한 프로토콜에 의해서, 장치는 인터넷과 같은 전세계적 통신 네트워크용 단말로서 사용될 수 있다. 이것이 점점 더 광범하게 확산되어 사용됨에 따라, 새로운 최종 사용자용 장치의 필요성이 있다. 제1 후보로서는 셋탑 및 이동전화가 갖추어진 TV이다. 새로운 목적을 위해서, 이들 장치에는 예컨대 TV 원격 제어 장치 또는 이동전화에 잘 맞는 소형의 입력 장치가 구비되어야 할 것이다. 본 발명의 입력 장치는 완벽하게 이들 요건들을 충족시킨다.

이 입력 장치는 또한 이동전화 장치에서처럼 동일 목적을 위해 무선 전화장치에서 사용될 수도 있다. 무선 전화장치(90)를 도 13에 도시하였다. 이 장치는 전화 또는 케이블 네트워크에 접속되는 기지국(92)과, 기지국으로부터 예컨대 100mm 미만의 반경의 지역 내에서 사용될 수 있는 이동장치(94)로 구성된다. 장치(94)는 키 입력부(95) 및 표시 장치(97)를 포함한다. 이동전화 장치에 대 기술된 바와 유사한 방식으로, 장치(94)에는 전술한 바와 같은 입력 장치(90)가 구비될 수 있다. 또한 도 13에는 입력 장치의 창만이 도시되었다. 이동전화 장치처럼, 장치(94)는 소형 경량이고, 무선 전화장치 내 입력 장치의 구현으로, 특히 무선 장치에 예컨대 인터넷에의 접속을 위한 WAP 프로토콜 또는 I-모드 프로토콜이 구비되어 있다면 이동전화 장치에서의 그 구현과 동일한 이점이 제공된다.

수신기 및 표시 장치(101)와 원격 제어 장치(107)를 포함하는 도 14에 도시한 통상의 TV(100)는 이에 셋탑 박스(105)를 부가하여 인터넷 통신에 적합하게 할 수 있다. 이 박스는 전화 또는 케이블 네트워크를 통해 인터넷에의 접속을 제공하며, 인터넷으로부터 수신된 신호를 인터넷 정보를 표시하기 위해 TV에 의해 처리될 수 있는 신호로 변환한다. TV 인터넷 사용자가 가까이에 인터넷 명령들을 위한 입력 장치를 갖고 있어야 하므로, 이 입력 장치는 원격제어장치 내에 일체로 되어 있어야 한다. 본 발명에 따라서, 앞에 개시된 바와 같은 광학 입력 장치(109)가 원격 제어장치(108) 내에 설치된다. 창만이 도시된 장치(109)는 원격 제어장치의 통상의 버튼들 사이에, 또는 원격 제어장치를 쥐고 있는 손가락들 중 어느 한 손가락의 범위 내의 어떤 다른 위치에 배치될 수 있다.

본 발명의 입력 장치는 종래의 손으로 구동되는 트랙 볼 마우스 또는 마우스 패드를 대신하여 컴퓨터 구성에 사용될 수도 있다. 도 15는 기초(112) 및 LCD 표시 장치(116)를 가진 커버부(115)를 포함하는, 노트북 또는 랩탑으로서 알려진 휴 대용 컴퓨터를 나타낸 도면이다. 기초는 서로다른 컴퓨터 모듈들 및 키보드(113)를 수용한다. 이 키보드에는, 종래의 마우스 패드를 대시하는 본 발명의 광학 입력 장치(119)가 배치된다. 입력 장치는 종래의 마우스 패드의 위치에 또는 어떤 다른 쉽게 접근하기 쉬운 위치에 배치될 수 있다. 입력 장치가 단지 두 방향으로 손가락의 이동을 측정하고 따라서 종래의 마우스 패드의 기능들만을 수행할 것이라면, 단지 2 개의 다이오드 레이저들을 포함할 필요가 있다. 바람직하게, 3개의 다이오드 레이저를 포함하고 따라서 노트북의 기존의 클릭 버튼을 대시하도록 클릭 기능을 갖는 입력 장치가 사용된다.

휴대형, 또는 팜탑 컴퓨터는 노트북의 소형판이다. 이러한 팜탑 컴퓨터에는, 예컨대, 표시된 메뉴의 기능을 선택하는데 보통 적용되는 것으로 표시 장치의 화면을 터치하기 위한 펜을 대신하는 본 발명에 따른 광학 입력 장치가 설치될 수 있다. 광학 입력 장치는 팜탑 컴퓨터의 키보드에 배치될 수도 있고 커버의 내측에도 배치될 수 있다.

도 16은 광학 입력 장치가 종래의 트랙볼 마우스를 대신하는 몇 가지 방법으로 적용될 수 있는 데스크탑 컴퓨터 구성(120)을 나타낸 도면이다. 컴퓨터 구성은 키보드(121), 컴퓨터 박스(122) 및 모니터(123)로 구성된다. 모니터는 도면에 도시된 바와 같이 지지부(124)에 고정된 평탄한 LCD 모니터 또는 CRT 모니터일 수 있다. 바람직하게, 광학 입력 장치(129)는 키보드에 일체로 되므로 별도의 마우스(126) 및 그 컴퓨터 박스로의 케이블이 더 이상 필요하지 않다. 이 대신에, 광학 입력 장치가 구비된 광학 마우스에 의해 트랙볼 마우스를 대신하는 것도 가능 하다. 이때 이 장치는 거꾸로 되는데, 즉, 장치의 창이 마우스가 이동되는 하지와 면하게 된다. 입력 장치는 이 이동을 측정하며 앞의 응용과 같이 창에서의 손가락의 이동은 측정하지 않는다. 이제 광학 입력 장치의 상당한 감도를 이용한다. 장치는 예컨대 한 장의 백지인 다소 평탄한 표면에 대한 이동들을 검출할 수 있다.

위에서 설명한 컴퓨터 구성에서, 입력 장치는 키보드 대신 예컨대 도 15의 랩탑 컴퓨터의 커버(115) 내에 또는 팜탑 컴퓨터의 커버 내에 표시부에 배치될 수도 있다. 입력 장치는 컴퓨터 표시 장치들 이외의 표시 장치들에 탑재될 수도 있다.

상기 광학 입력 장치는 또한 일반 펜 또는 가상 펜의 움직임들을 측정하기 위해 상기 일반 펜 또는 가상 펜 내에 포함될 수 있다. 이들 응용에서, 상기 입력 장치의 주요 부분이 펜촉으로부터 원격 배열되도록 상기 다이오드 레이저들로부터의 방사광을 상기 입력 장치의 창으로 안내하는데 광 섬유들이 사용될 수 있다.

도 17은 펜대(131) 및 펜촉(132)을 구비한 보통의 펜을 나타낸 도면이다. 입력 장치의 구성성분들용의 슬리브 형상의 하우징(136)은 펜촉에 대향하는 펜대의 단부에 고정된다. 하우징(136)은 다이오드 레이저들, 포토 다이오드들 및 입력 장치의 전자 회로를 수용한다. 광섬유들(133, 134)은 다이오드 레이저들로부터의 방사광을 안내한다. 이들 광섬유들은 예컨대 펜촉 중간까지 오고 입력 장치의 창을 형성한다. 다이오드 레이저들 및 포토 다이오드들을 펜에서 먼 위치에 배치하고 다이오드 레이저들로부터의 방사광을 일 단부가 펜촉에 고정된 광섬유를 통해 펜촉으로 해서 다시 포토 다이오드들에 송신하는 것도 가능하다. 글을 쓰거나 도면 작 성을 위해 펜을 이동시킬 때, 이동이 측정되고 입력 장치에 의해 전기신호로 변환된다. 이 신호는 유선(138)으로 또는 무선으로 예컨대 컴퓨터로 즉시 송신된다. 컴퓨터는 기재된 텍스트 또는 도면을 즉시 얼마 후에 컴퓨터 표시 장치에 볼 수 있게 하거나 또다른 컴퓨터 또는 보관소에 보낼 수 있게 위해서 이 신호를 처리한다. 펜에는 펜에 의해 작성된 텍스트 또는 그래픽스를 임시 저장하기 위한 수단이 구비되어 있을 수도 있다. 보통 펜은 수평면으로만 이동되는 것으로, 입력 장치는 단지 2 개의 다이오드 레이저들 및 2 개의 광섬유만을 필요로 한다. 상황에 따라서는 펜의 수직 움직임이 측정될 수 있는 것이 유용할 수도 있을 것이다. 이러한 경우를 위해, 입력 장치는 제3 다이오드 레이저 및 광섬유를 구비할 수 있다.

도 18은 가상 펜의 수직 단면도이다. 이러한 펜은 글자들, 단어들, 도면들 등일 수 있는 요구된 패턴을 따라 평범한 용지 또는 그 외 다른 하지를 이동한다. 이 패턴은 펜의 입력 장치를 통해 위치들로 전환된다. 이들 위치들은 컴퓨터에 의해 가상의 기재 및 도면으로 전환될 수 있고 전환된 것은 즉시 또는 나중에 이 컴퓨터에 의해 표시되거나 또다른 컴퓨터 또는 네트워크로 보내지는 글자들 또는 단어들로 전환될 수 있다. 도 18에 도시한 가상 펜의 실시예는 펜촉(142)을 가진 펜 하우스(141), 하측에 기초 판(143) 및 펜촉 내 투명창(144)을 포함한다. 펜의 하측에는 다이오드 레이저들(3, 4) 및 관련 포토 다이오드들(4, 6) 및 전자 회로가 수용된다. 이들 성분들은 도 9의 (a) 및 도 10에 층(60)에 대응하는 층(145) 상에 실장될 수도 잇다. 광섬유들(146, 147)은 레이저 방사광을 창(144)에 안내하도록 다이오드 레이저들에 결합된다. 예컨대 플라스틱인 고체 재료로 된 재킷 또는 슬 리브들(148, 149)이 이들 광섬유들을 고정시킨다.

도 17의 펜 및 도 18의 가상 펜에 있어서, 다이오드 레이저들 및 포토 다이오드들은 펜으로부터 먼 위치에 배치될 수 있다. 다이오드 레이저들로부터의 방사광은 펜촉으로 해서 다시 포토 다이오드들로, 일단이 펜촉에 고정된 광섬유를 통해 전송된다.

본 발명의 입력 장치는 정밀하고 고가의 용지 구동 모터들이 이러한 장치에 더 이상 필요하지 않도록 용지 미끄러짐을 검출하거나 용지 보냄을 측정하기 위해 팩스 및/또는 프린터 장치에 사용될 수도 있다.

또한, 상기 입력 장치는 바로 또는 나중에 컴퓨터에 의해 용지 상의 정보를 재생하기 위해서 이 용지 상의 정보를 읽어 내는데 사용되는 휴대용 스캐너에 사용될 수 있다. 이러한 휴대용 스캐너는 정보의 신뢰성있는 재생이 가능하게 되도록 용지에 스캐너 이동을 측정하기 위한 장치가 구비된다. 이 측정장치는 소형 경량이므로 입력 장치는 이러한 목적에 매우 적합하다. 휴대용 스캐너는 공지된 것이므로 여기서를 설명하지 않는다. 본 발명의 휴대용 스캐너는 이것이 전술한 바와 같은 입력 장치를 포함하는 점에서 공지의 스캐너들과는 다르다.

초음파 이미지 형성, 또는 에코그래피는 신체 내 조직들에 의해 반사된 초음파들이 이미지를 형성하는데 사용되는 의료 진단 기술이다. 완전히 실시간의 이미지 형성 가능성 외에, X선 이미지 형성 기술 및 컴퓨터 처리 단층촬영기(CT)처럼, 비침습성 및 비이온화되는 이점이 있다. 이 기술은 컴퓨터에 접속되는 스캐닝 장치를 사용한다. 초음파 시스템들은 역시 비침습성, 예컨대 자기 공명 이미지 형성 시스템보다 비교적 콤팩트(휴대용이기도 함)하고 덜 비싼 추가의 이점이 있다. 초음파 스캐닝 장치에서, 초음파가 발생되고, 이 초음파는 신체로 보내진다. 서로다른 종류의 조직들은 초음파를 다르게 반사시킨다. 반사된 파들은 스캐닝 장치에서 검출되고, 이 검출 결과는 컴퓨터로 보내져 분석되어 표시할 이미지 형성에 사용된다. 이 이미지는 즉각적으로 검사된 신체의 부분의 2차원 단면이다. 초음파 스캐닝 장치는 공지의 장치이므로 여기서 상세히 기술할 필요는 없다. 본 발명의 입력 장치는 도 19에 개략적으로 도시된 바와 같이 움직임을 기록하기 위해 초음파 스캐너에 탑재될 수 있다. 이 도면은 도시하지 않은 컴퓨터에 접속시키는 케이블(152)을 가진 스캐닝 장치(150)를 나타낸 도면이다. 사용시, 장치의 표면(154)은 검사할 신체에 면한다. 참조 부호 159는 창만이 도시된 입력 장치를 나타내고, 이에 의해 예컨대 가공의 선(155)을 따라 일어나는 장치의 움직임이 기록될 수 있다. 하나 또는 2 개의 측정 축들을 가진 이러한 입력 장치는 2차원 초음파 이미지들 외에 스캐너의 움직임에 관한 정보가 얻어져 컴퓨터에 의해 처리되어 검사되는 신체의 3차원 이미지를 생성할 수 있기 때문에 초음파 스캐너들용으로 새로운 가능성을 제공한다. 선택적으로, 스캐닝 장치는 제2 입력 장치(159')를 구비할 수 있다. 입력 장치는 콤팩트하고 저렴하기 때문에, 많은 비용을 추가하고 장치를 재설계할 필요 없이 기존의 초음파 스캐닝 장치에 쉽게 탑재될 수 있다.

예컨대, 도 12의 이동전화의 입력 장치는 메뉴 차트를 스크롤하기 위한 업 다운 스크롤 스위치에 사용될 수 있다. 이러한 입력 장치는 업 다운 스위치에 의해 제어되는 커서에 의해 지정된 메뉴를 활성화하는 클릭을 결정하는 능력을 가질 수도 있다. 이러한 입력 장치는 고속의 새로운 개발을 할 수 있게 하는 이산 성분들로 쉽게 구축될 수 있다.

도 20은 스크롤 및 클릭 입력 장치(160)의 제1 실시예를 나타낸 도면이다. 각각이 다이오드 레이저 및 포토 다이오드를 포함하는 2 개의 레이저/다이오드 유닛들(161, 162)을 포함한다. 이러한 유닛들 대신에 별도의 다이오드 레이저들 및 포토 다이오드들이 사용될 수 있다. 유닛들(161, 152)에 의해 방출된 방사광 경로들 각각에, 렌즈(163, 164)가 각각 배치되어 창의 평면일 수 있는 동작 평면(167) 내 관련 유닛들(161, 162)의 방사광 빔들(165, 166)을 포커싱시킨다. 이 창(172)은 도 21의 측면도에 도시한 바와 같이 예컨대 이동전화에 사용되는 장치의 하우징(169)의 일부를 형성할 수 있다. 레이저/다이오드 유닛들 및 관련 렌즈들은 빔들(165, 166)의 대부분이 창(172)의 법선에 대해 서로 대향하는 각도들, 예컨대 각각 +45° 및 -45°를 형성하도록 배치될 수 있다.

물체, 예컨대 손가락(168)은 스크롤 및/또는 클릭 동작을 위해 동작 평면내에서 움직인다. 전술한 바와 같이, 이들 동작들에 의해서, 손가락에 의해 레이저/다이오드 유닛들(161, 162)쪽으로 반사되는 방사광에 도플러 시프트가 유발된다. 이들 유닛의 검출기들의 출력신호들은 신호 처리 및 레이저 구동 전자 회로(170)에 공급된다. 이 회로는 예컨대 제어하는 손가락(168)의 움직임을 평가하여 이들 움직임들에 관한 정보를 그 출력(171)에 공급한다. 레이저/다이오드 유닛들(161, 162), 렌즈들(165, 166), 창(172) 및 전자 회로(170) 및 소프트웨어는 하나의 모듈 내에 통합될 수 있다. 이 모듈은 이동전화에 또는 스크롤 및 클릭 기능이 제공되어 있을 또다른 장치에 그대로 배치된다. 이산소자들로 입력 장치를 구현하는 것도 가능하다. 특히, 신호 처리 부분은 마이크로 제어기 또는 이동 전화나 그 외 다른 장치, 예컨대 원격 제어기, 무선 전화 또는 휴대용 컴퓨터의 일부를 구성하는 다른 제어 수단에 의해 수행될 수 있다.

여기서 설명한 바와 같이, 레이저/다이오드 유닛들로부터 멀리 손가락 또는 그 외 다른 물체의 이동은 레이저 전류들을 변조시키고 검출기들에 의해 수신된 펄스들을 카운트함으로써 검출될 수 있다. 빔들(165, 166)의 주 빔들을 따라 물체의 속도들을 나타내는 상기 검출기들의 출력신호들(Sign₁, Sign₂)로부터, 창에 평행한 속도(V_scroll) 및 창에 수직인 속도(V_click)가 다음과 같이 계산될 수 있다.

도 22는 스크롤 및 클릭 입력 장치(180)의 제2 실시예를 나타낸다. 이 실시예는 2 개의 렌즈들(163, 164) 및 창(172)이 단일 성분(182)으로 대체된 점이 도 20, 21과 다르다. 이 요소는 창을 이루는 상부 표면(184) 상에 빔(165, 166)을 포커싱시킨다.

도 20-22의 입력 장치가 스크롤 기능의 제공만을 필요로 하면, 원칙적으로는 하나의 다이오드 레이저, 렌즈 및 검출기만이 요구된다.

Claims (34)

1. 적어도 하나의 측정 축을 따라 일어나는 입력 장치와 물체의 상호 움직임을 측정하는 방법으로서,

   각각의 상기 측정 축에 대해 측정용 레이저 빔으로 물체 표면을 조사하는 단계와;

   상기 물체 표면에 의해 반사되는 측정용 빔 방사광의 선택 부분을, 상기 측정 축을 따라 일어나는 움직임을 나타내는 전기 신호로 변환하는 단계를 포함하는, 입력 장치의 움직임 측정 방법에 있어서,

   상기 측정용 빔을 따라 다시 반사되어, 상기 측정용 빔을 방출하는 레이저 캐비티에 재진입하는 측정용 빔 방사광이 선택되고,

   상기 재진입하는 방사광과 상기 레이저 캐비티 내의 광파와의 간섭에 기인하고 또한 상기 움직임을 나타내는 상기 레이저 캐비티의 동작의 변화들이 측정되는 것을 특징으로 하는 입력 장치의 움직임 측정 방법.
2. 제1항에 있어서,

   상기 적어도 하나의 측정 축을 따라 일어나는 움직임의 방향은 상기 레이저 캐비티의 동작의 변화를 나타내는 신호의 형상을 결정함으로써 검출되는 것을 특징으로 하는 입력 장치의 움직임 측정 방법.
3. 제1항에 있어서,

   상기 적어도 하나의 측정 축을 따라 일어나는 움직임의 방향은 주기적으로 변하는 전류를 상기 레이저 캐비티에 공급하고 제1 측정 신호와 제2 측정 신호를 서로 비교함으로써 결정되며,

   상기 제1 측정 신호와 제2 측정 신호는 교번하는 제1 반주기들과 제2 반주기들 동안에 각각 발생되는 것을 특징으로 하는 입력 장치의 움직임 측정 방법.
4. 제3항에 있어서,

   상기 제1 측정 신호와 제2 측정 신호는 서로 감산되는 것을 특징으로 하는 입력 장치의 움직임 측정 방법.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 물체 표면에 대체로 수직인 축을 따라 일어나는 상기 물체와 상기 입력 장치의 단일의 상호 움직임에 의해 클릭 동작을 결정하는데 사용되는 것을 특징으로 하는 입력 장치의 움직임 측정 방법.
6. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 물체 표면에 평행인 제1 방향과 상기 물체 표면에 대체로 수직인 제2 방향으로 일어나는 상기 물체와 상기 입력 장치의 상호 움직임에 의해 스크롤 동작 및 클릭 동작을 결정하는데 사용되는 것을 특징으로 하는 입력 장치의 움직임 측정 방법.
7. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 다이오드 레이저 캐비티의 임피던스가 측정되는 것을 특징으로 하는 입력 장치의 움직임 측정 방법.
8. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 레이저 방사광의 세기가 측정되는 것을 특징으로 하는 입력 장치의 움직임 측정 방법.
9. 제1항의 방법을 실행하기 위한 광 모듈이 제공된 입력 장치로서,

   상기 광 모듈이,

   측정용 빔을 발생하며, 레이저 캐비티를 가진 적어도 하나의 레이저와;

   상기 측정용 빔을 상기 물체에 가까운 평면 내에 집중시키는 광학 수단과;

   상기 물체에 의해 반사되는 측정용 빔 방사광을 전기 신호로 변환하는 변환 수단을 구비하는, 상기 입력 장치에 있어서,

   상기 변환 수단은 상기 레이저 캐비티와, 상기 레이저 캐비티의 동작의 변화들을 측정하는 측정 수단과의 조합에 의해 구성되며,

   상기 레이저 캐비티의 동작의 변화들은 상기 레이저 캐비티에 재진입하는 반사된 측정용 빔 방사광과 상기 캐비티내의 광파의 간섭에 기인하고 또한 상기 물체와 상기 모듈의 상대적 움직임을 나타내는 것을 특징으로 하는 광 모듈이 제공된 입력 장치.
10. 제9항에 있어서,

    상기 측정 수단은 상기 레이저 캐비티의 임피던스의 변화를 측정하는 수단인 것을 특징으로 하는 광 모듈이 제공된 입력 장치.
11. 제9항에 있어서,

    상기 측정 수단은 상기 레이저에 의해 방출되는 방사광을 측정하는 방사광 검출기인 것을 특징으로 하는 광 모듈이 제공된 입력 장치.
12. 제11항에 있어서,

    상기 방사광 검출기는 상기 측정용 빔이 방출되는 측면에 대향하는 레이저 캐비티의 측면에 배열된 것을 특징으로 하는 광 모듈이 제공된 입력 장치.
13. 제9항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,

    적어도 2 개의 다이오드 레이저들과;

    상기 물체의 조사되는 표면에 평행인 제1 및 제2 측정 축을 따라 일어나는 상기 물체와 상기 입력 장치의 상대적 움직임을 측정하는 적어도 하나의 검출기를 구비하는 것을 특징으로 하는 광 모듈이 제공된 입력 장치.
14. 제9항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,

    3 개의 다이오드 레이저들과;

    제1, 제2 및 제3 측정 축들을 따라 일어나는 상기 물체와 상기 장치의 상대적 움직임을 측정하는 적어도 하나의 검출기를 구비하며,

    상기 제1 축 및 제2 축은 상기 물체의 조사되는 표면에 평행하고,

    상기 제3 축은 상기 표면에 수직인 것을 특징으로 하는 광 모듈이 제공된 입력 장치.
15. 제9항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 입력 장치는 스크롤 동작 및 클릭 동작을 결정하며,

    2 개의 다이오드 레이저들과;

    상기 물체 표면에 평행한 제1 측정 축과 상기 물체 표면에 대체로 수직인 제2 측정 축을 따라 일어나는 상기 물체와 상기 장치의 상대적 움직임을 측정하는 적어도 하나의 검출기를 구비하는 것을 특징으로 하는 광 모듈이 제공된 입력 장치.
16. 제9항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 입력 장치는 스크롤 동작 및 클릭 동작을 결정하며,

    2 개의 다이오드 레이저들과;

    상기 물체 표면의 법선에 대해 대향하는 각도들을 형성하는 제1 및 제2 측정 축을 따라 일어나는 상기 물체와 상기 장치의 상대적 움직임을 측정하는 적어도 하나의 검출기를 구비하는 것을 특징으로 하는 광 모듈이 제공된 입력 장치.
17. 제9항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 광학 수단은, 상기 적어도 하나의 레이저와 관련 검출기 사이에 배열된 렌즈를 한편에 구비하고, 다른 한편에 동작 평면을 구비하며,

    상기 적어도 하나의 레이저는 상기 렌즈에 대해 편심으로 위치된 것을 특징으로 하는 광 모듈이 제공된 입력 장치.
18. 제17항에 있어서,

    2 개의 다이오드 레이저들을 구비하며,

    상기 다이오드 레이저들은, 자신들의 중심들을 상기 렌즈의 광축에 연결하는 선들이 서로에 대해 대체로 90°의 각도를 형성하도록 배열된 것을 특징으로 하는 광 모듈이 제공된 입력 장치.
19. 제17항에 있어서,

    3개의 다이오드 레이저들을 구비하며,

    상기 다이오드 레이저들은, 자신들의 중심들을 상기 렌즈의 광축에 연결하는 선들이 서로에 대해 대체로 120°의 각도를 형성하도록 배열된 것을 특징으로 하는 광 모듈이 제공된 입력 장치.
20. 제7항에 있어서,

    각각의 다이오드 레이저는 수평 방출 레이저이고,

    상기 입력 장치는, 각각의 상기 다이오드 레이저에 대해, 관련 다이오드 레이저로부터의 빔을 동작 평면으로 반사시키는 반사 부재를 구비하는 것을 특징으로 하는 입력 장치의 움직임 측정 방법.
21. 제9항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,

    적어도 하나의 다이오드 레이저와 관련 검출기가 위에 장착되는 기초 판, 상기 기초 판에 고정되고 창을 구비하는 캡 부재, 및 상기 캡 부재 내에 수용된 렌즈로 구성된 것을 특징으로 하는 광 모듈이 제공된 입력 장치.
22. 제21항에 있어서,

    상기 렌즈는 상기 기초 판 쪽으로 만곡된(curved) 내부 표면을 가진 캡 부재에 일체화된 것을 특징으로 하는 광 모듈이 제공된 입력 장치.
23. 제21항에 있어서,

    상기 기초 판, 상기 캡 부재, 및 상기 렌즈는 플라스틱 재료로 제조된 것을 특징으로 하는 광 모듈이 제공된 입력 장치.
24. 제9항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,

    각각의 다이오드 레이저는 별도의 광 가이드의 입구측에 연결되고, 그 출구측은 상기 입력 장치의 창에 위치된 것을 특징으로 하는 광 모듈이 제공된 입력 장치.
25. 제24항에 있어서,

    상기 광 가이드들은 광섬유들인 것을 특징으로 하는 광 모듈이 제공된 입력 장치.
26. 제24항에 있어서,

    3개의 다이오드 레이저들 및 3개의 광 가이드들을 구비하며,

    상기 광 가이드들의 출구측들은 서로 대체로 120°의 각도 간격으로 원으로 배열된 것을 특징으로 하는 광 모듈이 제공된 입력 장치.
27. 제9항 내지 제12항 중 어느 한 항의 입력 장치를 구비하는, 데스크탑 컴퓨터용 마우스.
28. 제9항 내지 제12항 중 어느 한 항의 입력 장치가 일체화된, 데스크탑 컴퓨터용 키보드.
29. 제9항 내지 제12항 중 어느 한 항의 입력 장치가 일체화된, 랩탑 컴퓨터.
30. 제9항 내지 제12항 중 어느 한 항의 입력 장치가 일체화된, 표시 장치.
31. 제9항 내지 제12항 중 어느 한 항의 적어도 하나의 입력 장치가 일체화된, 초음파 진단 장치.
32. 제9항 내지 제12항 중 어느 한 항의 적어도 하나의 입력 장치가 일체화된, 휴대용 스캐너 장치.
33. 제9항 내지 제12항 중 어느 한 항의 적어도 하나의 입력 장치가 일체화된, 원격 제어 유닛.
34. 제9항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,

    각각의 다이오드 레이저는 수평 방출 레이저이고,

    상기 입력 장치는, 각각의 상기 다이오드 레이저에 대해, 관련 다이오드 레이저로부터의 빔을 동작 평면으로 반사시키는 반사 부재를 구비하는 것을 특징으로 하는 광 모듈이 제공된 입력 장치.

Images