KR101158221B1 - 이동 가능 객체의 움직임을 검출하는 검출 시스템, 방법 및 이동 가능 장치용 조이스틱 - Google Patents

Abstract

본 발명은 이동 가능한 객체의 움직임(6)을 검출하는 검출 시스템에 관한 것이다. 이 시스템은, 광을 방사하는 광원(S)과, 상기 이동 가능 객체와 기능적으로 연계되도록 구성되어, 상기 방사된 광을 반사하도록 구성된 반사 유닛(8)과, 디지털 출력 신호를 출력하도록 되어 있으며, 상기 이동 가능 객체의 움직임을 결정하기 위해, 상기 반사된 광을 검출하고 검출 신호를 출력하는 적어도 하나의 검출기(D1 내지D4; PE1, PE2), 전류 신호를 출력하도록 구성된 전류원 및, 상기 검출 신호와 상기 전류 신호를 수신하도록 구성된 적어도 하나의 캐패시터를 포함하는 아날로그-디지털 변환기와, 상기 적어도 하나의 캐패시터 상의 전압을 감지하고, 상기 감지된 전압에 따라 상기 전류원을 제어하는 적어도 하나의 공통 모드 신호를 발생하도록 되어 있는 공통 모드 제어기(24)를 포함하되, 여기에서 상기 이동 객체의 상기 움직임을 나타내는 상기 디지털 신호는 상기 적어도 하나의 검출기의 상기 출력 신호와 상기 적어도 하나의 공통 모드 신호에 기초한다. 본 발명은 또한 검출 시스템을 이용하는 조이스틱과도 관련 있을 뿐만 아니라 이동 가능 객체의 움직임을 검출하는 방법과도 관련 있다.

Description

이동 가능 객체의 움직임을 검출하는 검출 시스템, 방법 및 이동 가능 장치용 조이스틱{SYSTEM AND METHOD OF DETECTING MOVEMENT OF AN OBJECT}

본 발명은 검출 시스템에 관한 것으로, 더 구체적으로는 검출 시스템을 이용하는 조이스틱(joystick)에 대해 아날로그-디지털 변환기에 기초하여 움직임 가능 객체의 움직임을 검출하는 검출 시스템과, 이 움직임 가능 객체의 움직임을 검출하는 방법에 관한 것이다.

휴대 전화기, PDA처럼 이동 장치와 관련해 최근에 성장하고 있는 시장에서, 기능이 다양해지면서 대부분의 현존 이동 장치에는 보통 조이스틱을 이용해 사용자에 의해 제어되는 커서(cursor)를 갖는 디스플레이가 제공되는데, 이 조이스틱은 예를 들어 디스플레이 상에서 커서의 움직임을 얻기 위해 사용자에 의해 조작되는 놉(knob)과 함께 배열된 5개 스위치를 포함할 수 있다. 디스플레이 상의 메뉴에 도달하여 사전정의된 아이템을 선택하기 위해 커서가 사실상 위치를 잡으면, 각각의 스위치는 조이스틱의 놉을 좌측 혹은 우측으로 움직임으로써 닫힌 상태가 되고, 혹은 조이스틱을 수직으로 이동하여(밀어서) "클릭" 기능을 얻음으로써 닫힌 상태가 된다.

이동 장치의 용이한 조작을 위해, 조이스틱을 이용하되 연속적이고 고감도이며 제어 신뢰성이 있는 커서가 요구되며, 이때 조이스틱은 콤팩트하고 튼튼해야 하며, 저가이면서 고성능이어야 한다.

이와 관련해, 공개번호 WO 2007/122556 A2는 예컨대 조이스틱 같은 이동 가능 객체의 움직임을 검출하는 검출 장치를 개시하는데, 여기에는 다수의 제 1 검출 유닛이 제공되어 검출 유닛 상에서 광점(light spot)의 존재 혹은 부재를 검출하도록 하고 있고, 광점은 사용자의 의도(즉, 사용자의 조작)에 따른 이동 가능 객체의 움직임에 의한 위치에 영향을 받게 된다. 제 2 검출 유닛은 다른 방향으로의 이동 가능 객체의 움직임에 따른 광점의 광 세기를 검출하도록 제공된다. 구체적으로 말하자면, 광점에 대해 두 개의 세기가 제 2 검출 유닛에 의해 검출되고, 그 대응 출력 신호는 이동 가능 객체의 움직임을 Z 방향(조이 스틱의 클릭 기능을 나타내는 수직 움직임)으로 표시하도록 얻어진다. 검출 유닛의 출력 신호는 대응하는 기준 신호와 비교되고, 그 결과는 1비트 디지털 신호로 얻어진다. 이 신호는 추가의 데이터 평가를 위해 준비된 디지털화된 신호를 얻기 위해 검출 유닛의 모든 광검출기(photodetector)에서 디지털화된다. 검출 유닛은 포토다이오드와, 포토다이오드의 신호를 디지털화하는 트랜지스터를 포함한다.

본 발명의 목적은 이동 가능 객체의 움직임을 검출하는 검출 시스템을 제공하는 것으로, 이동 가능 객체의 움직임에 대한 검출 결과는 간소화된 회로 장치, 즉, 이동 가능 객체의 움직임을 검출하기 위해 그에 상응하는 방법을 이용하는 조이스틱에 기초하여 디지털 신호로 제공된다.

본 발명에 따르면, 이 목표는 첨부된 특허청구범위에 따른 이동 가능 객체의 움직임을 검출하는 검출 시스템과 조이스틱과 그리고 이동 가능 객체의 움직임을 검출하는 방법에 의해 달성된다.

본 발명의 제 1 양상에 따르면, 이동 가능 객체의 움직임을 검출하는 검출 시스템은, 광을 방사하도록 구성된 광원과, 이동 가능 객체와 기능적으로 연계되도록 구성되어, 방사된 광을 반사하는 반사 유닛과, 이동 가능 객체의 움직임을 결정하기 위해 반사 광을 검출하고 검출 신호를 출력하는 적어도 하나의 검출기, 전류 신호를 출력하도록 구성된 전류원 및 검출 신호와 전류 신호를 수신하도록 구성된 적어도 하나의 캐패시터를 포함하여, 디지털 신호를 출력하도록 되어 있는 아날로그-디지털 변환기와, 적어도 하나의 캐패시터 상의 전압을 감지하고, 감지된 전압에 따라 전류원을 제어하기 위한 적어도 하나의 공통 모드 신호를 발생하도록 구성된 공통 모드 제어기를 포함하되, 이때 이동 가능 객체의 움직임을 나타내는 디지털 신호는 적어도 하나의 검출기의 출력 신호와 적어도 하나의 공통 모드 신호에 기초한다.

본 발명에 따르면, 이동 가능 객체의 움직임에 대하여 X-Y 평면과, 이 X-Y 평면에 수직인 Z 평면으로 정밀한 검출이 신뢰성 있게 검출될 수 있는 반면, 검출 회로의 복잡도는 낮출 수 있다. 검출 시스템은 조이스틱의 형태로 구현될 수도 있다. 그러므로 검출 시스템은 조이스틱의 각도 측정에 해당하는 X와 Y 방향을 지원하고, 더불어 Z 방향으로 수직 움직임에 해당하는 클릭 검출도 지원한다. 검출 기능은 측정 혹은 검출 신호로부터 정밀한 디지털 검출 신호를 얻기 위해 아날로그-디지털 변환기 ADC에 전적으로 결합되고, 이 디지털 검출 신호는 이후에 어떤 데이터 평가를 받을 수도 있다.

검출기(즉, 감지 소자로서 기능하는 검출기의 감광성 다이오드)를 통한 정확한 전류는 알 필요가 없음을 유의하자. 검출기 상에서 광 세기(방사 조도(irradiance))의 증가로 인한 회로에서 전류의 증가, 혹은 클릭이나 사용자에 의해 수행된 기능 해제와 관련한 각각의 광 세기의 증가 또는 감소가 신뢰성 있게 검출되어, 이동 가능 객체의 검출된 움직임을 나타내는 디지털 값으로 변환된다. 그러므로, 본 발명에 따른 회로 장치는 이동 가능 객체와 관련해서 X-Y 평면에서의 움직임과 더불어 클릭 및 기능 해제를 검출하는 쉬운 방법을 단순한 회로를 이용해 제공하고, 더 나아가 이 회로는 검출 시스템의 다른 전자 성분과 함께 한 개의 칩으로 집적될 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예는 첨부된 특허청구범위에 정의된다.

더욱이 전류원과 적어도 하나의 검출기로부터 전류가 적어도 하나의 캐패시터에 충전될 수도 있다. 이 적어도 하나의 검출기와 광원과 공통 모드 제어기와 ADC는 기판에 배열될 수도 있고, 반사 유닛은 광점이 기판에 입사되도록 구성될 수도 있다.

적어도 하나의 공통 모드 신호는 전류원에 흐르는 전류를 설정하도록 될 것이다. ADC는 스위치를 통해 전류원에 연결 가능한 두 개의 캐패시터를 포함할 것이다. ADC는 또한 비교기를 더 포함하고, 두 개의 캐패시터 상의 전압이 비교기의 입력 단자에 공급된다.

비교기는 두 개의 캐패시터 상의 전압을 비교하여, 그 비교 결과를 디지털 신호로 출력하도록 되어 있고, 이 디지털 신호는 스위치로 공급되어 스위치의 개폐 상태를 제어한다.

공통 모드 제어기는 두 캐패시터의 중간 전압을 감지하여, 그 감지 결과를 사전 정의된 기준 전압과 비교하도록 되어 있으며, 만약 이 감지된 중간 전압이 사전 정의된 임계값 미만이면, 모든 전류원을 통한 전류를 증가시키는 적어도 하나의 공통 모드 신호를 발생할 것이고, 만약 감지된 중간 전압이 사전 정의된 임계값을 초과하면, 모든 전류원을 통한 전류를 감소시키는 적어도 하나의 공통 모드 신호를 발생할 것이다.

검출 시스템은 적어도 하나의 시스템 클록을 발생하는 시스템 클록 발생기를 포함할 수도 있고, 비교기는 시스템 클록의 클록 펄스를 이용해 클록을 가진 비교기(clocked comparator)가 될 수도 있다.

공통 모드 제어기는 또한 전압 증폭기를 포함할 수도 있고, 이 증폭기의 한 쪽 단자에는 감지된 중간 전압이 공급되고, 다른 쪽 단자에는 사전 정의된 임계값을 포함하는 사전 정의된 기준 전압이 공급된다.

본 시스템은 시스템 적어도 하나의 시스템 클록을 발생하도록 되어 있는 클록 발생기를 더 포함할 수도 있고, 디지털 신호는 시스템 클록의 클록 펄스에 기반하여, 사전 정의된 사이클 수를 초과하는 펄스를 카운팅하는 카운터에 공급되는데, 여기에서 카운트된 펄스 수는 이동 가능 객체의 움직임으로 인해 검출기를 통해 흐르는 전류의 차이에 해당한다.

반사 유닛에 의해 발생하는 광점은 반사광과 관련해 사전 정의된 방사 조도 프로파일을 포함할 수도 있고, 사전 정의된 방향으로의 이동 가능 객체의 움직임 결정은, 적어도 하나의 검출기 상의 광점에서 이 움직임으로 인해 발생하는 방사 조도 프로파일의 증가에 기반할 것이다.

제 2 양상에 따른 본 발명은 본 발명의 제 1 양상에 따른 검출 시스템을 더 포함하는, 이동 가능 장치용 조이스틱을 나타낸다.

본 발명의 제 3 양상에 따르면, 이동 가능 객체의 움직임을 검출하는 방법을 나타낸다. 이 방법은, 반사 유닛에 광을 방사하는 단계(단계 S1)와, 이동 가능 객체와 기능적으로 연계되도록 구성되어 있는 반사 유닛을 이용해 방사된 광을 반사하는 단계(단계 S2)와, 이동 가능 객체의 움직임을 결정하기 위해, 적어도 하나의 검출기로 반사 광을 검출하고 검출 신호를 출력하는 단계(단계 S3)와, 검출 신호와 전류원에 의해 출력된 전류 신호를 적어도 하나의 캐패시터로 수신하는 단계(단계 S4)와, 적어도 하나의 캐패시터 상의 전압을 감지하고 적어도 하나의 공통 모드 신호를 발생하며 감지된 전압에 따라 적어도 하나의 공통 모드 신호로 전류원을 제어하는 단계(단계 S5)와, 감지 신호와 적어도 하나의 공통 모드 신호에 기초하여 이동 가능 객체의 움직임을 나타내는 디지털 신호를 출력하는 단계(단계 S6)를 포함한다. 이 방법은 본 발명의 제1 양상에 따른 검출 시스템과 관련해 언급한 것과 동일한 이점을 나타낸다.

본 발명은 다음의 도면과 실시예에 의해 더 자세히 설명되지만, 이 도면과 실시예들이 본 발명의 범주를 한정하는 것은 아니다. 본 기술분야에 통상의 지식을 가진 사람이라면, 본 발명의 범주 내에서 다양한 실시예들이 조합될 수 있음을 이해할 것이다.

전술한 목적, 이점, 특징들과 함께 다른 이점 및 특징들도 이후에 설명되는 본 발명의 실시예들로부터 명확해질 것이다.
도 1은 본 발명의 검출 시스템의 구성에 대한 단면도를 도시한다.
도 2는 본 발명에 따른 검출 시스템의 평면도를 도시한다.
도 3은 본 발명에 따른 데이터 처리 성분과 그 기능을 개략적으로 나타내는 검출 시스템의 회로 블록도를 도시한다.
도 4는 본 발명에 따른 검출 시스템의 기판 상에 입사광의 방사 조도 곡선을 도시한다.
도 5는 본 발명에 따른 회로의 원리를 나타내는 검출 시스템의 회로 블록도를 도시한다.
도 6은 회로 장치의 주요 성분을 나타내는 검출 시스템의 회로 블록도를 도시한다.
도 7은 도 6에 따른 전류 기준 회로와 공통 모드 제어기의 상세한 회로 배열을 도시한다.
도 8은 도 6에 따른 ADC의 상세한 회로 배열을 도시한다.
도 9는 이동 가능 객체의 움직임을 검출하는 방법의 특별한 단계들의 흐름도를 도시한다.

도 1은 본 발명에 따른 검출 시스템(10)의 전체적인 구성을 단면도로 도시한다.

본 명세서에 설명된 실시예들에 따르면, 본 발명에 따른 검출 시스템(10)은 어떤 장치 혹은 이동 가능 장치의 조이스틱으로 구현될 수 있다. 다음 설명에서도, 조이스틱을 언급하는데, 이것은 예컨대 광학 조이스틱의 형태로 특별히 제공되거나, 혹은 휴대용 장치의 디스플레이 상에서 커서를 제어하는 다른 포인팅 장치의 일부일 수 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, 단면도는 패키지(1)를 도시하고, 이 속에서는 패키지(10)의 공동(cavity)(3)에 배열된 기판(2) 상에 다수의 검출기(예컨대 감광성 소자 혹은 수광 소자) D1 내지 D4가 제공되어 있다. 단면도에는 검출기 D3과 D4만 도시되어 있지만 감광기능을 갖는 검출기 D1 내지 D4는 기판(2) 상에 배열되거나 혹은 그 속에 구현(매립)되어 있다. 기판(2)은 바람직하게는 패키지(1)의 공동내의 중심부에 금속층(4)에 의해 고정되어 있다.

하나의 발광 소자 혹은 다수의 발광 소자(발광 수단, 어레이)로 이루어진 광원 S가 다수의 검출기 D1 내지 D4에 인접하여 제공되는데, 필수적인 것은 아니지만 바람직하게는 기판(2)의 중심부에 제공된다. 도 1에 따르면, 다수의 검출기 D1 내지 D4는 바람직하게는 사전 정의된 패턴에 따르고/따르거나 대칭으로 광원 S의 둘레에 배열된다. 반드시 필요한 전기적 연결은 전선으로 접속되고/되거나 그에 상응하는 연결 수단으로 제공될 것이다.

기판(2)은 다수의 검출기 D1 내지 D4와 광원 S와 그에 상응하는 연결부와 함께 흔히 패키지(1) 내부에 수용될 수도 있고, 패키지(1)의 양쪽 측면의 측벽(5)에 의해 둘러싸일 수도 있다. 패키지(1)는 IC 패키지의 형태로 제공될 수도 있고, 본 발명에 따른 검출 시스템(10)을 포함할 수도 있다.

도 1의 수직 방향으로, 광원(5)의 위에는 터치 표면이 바람직한 실시예에 따라 놉(6)의 형태로 배열 및 제공되는데, 이 놉은 일반적인 이동 가능 객체이고, 따라서 사용자에 의해 조작되는 검출 시스템(10)의 터치부(touchable part)를 구성하게 된다.

도 1에 따르면, 놉(6)(즉, 이동 가능 객체)은 패키지(1)와 그 공동(3)을 전체적으로 덮는 덮개를 형성하고, 패키지(1)와 관련해 3개의 가능한 공간 방향으로 특정 정도까지만 이동 가능할 수 있다. 놉(6)은 유연한 서스펜션 메카니즘(flexible suspension mechanism)으로 이동 가능하게(탄성 있게) 지원되는데, 이 메카니즘은, 사용자의 손가락이 검출 시스템(10)을 조작하고자 놉(6)에 힘을 가할 때, 놉(6)이 가상점(virtual point) 주변에 약간의 각도로 기울어질 수 있게 하는 적어도 하나의 스프링(7)에 의해 제공된다. 놉(6)과 관련해 서로 다른 움직임 각도와 위치들이 획득될 수 있고, 사용자의 손가락이 가하던 힘이 없어지면 이 놉(6)은 자신의 안정위(rest position)(도 1에 도시된 것처럼 직립위치(upright position))로 돌아갈 것이다.

패키지(1)의 공동(3)과 정반대로 마주보는 놉(6)의 하위 표면 혹은 하위부에는 반사 유닛(8)이 제공되어, 광원(8)에 의해 방사된 광의 적어도 일부를 검출기 D1 내지 D4를 향한 방향으로 반사한다. 도 1에서 아래 방향으로 기판(2)을 향해 돌출부가 뻗어 있는 놉(6)의 중심부에 기본적으로 장착되어 있는 반사 유닛(8)은 예를 들어 놉(6)의 이 사전 정의된 부분에 금속층 혹은 박막을 적용함으로써 특별히 광원 S에 대해 미러 혹은 어떤 반사 표면으로서 제공될 수 있다. 스프링(7)은 안정위(도 1에 도시된 위치로, 좌측 혹은 우측으로 이동이 없는 위치)에 해당하는 사전 정의된 위치에 놉(6)을 고정하기 위해 제공되며, 놉(6)의 움직임은 바람직한 실시예에 따라 스프링(7)이 고정되는 패키지(1)의 측벽(5)에 의해 제한된다. 즉, 적어도 하나의 스프링(7)이 놉(6)을 자신의 안정위로 편향시키고, 이 안정위란 도 1에서 직립위치이다.

탄성 물질 혹은 강성 물질로 만들어질 수 있는 놉(6)의 형상은 패키지(1)와 스프링(7)의 형상과 더불어 도 2에 예시를 위해 표시하였으며, 이들 성분들은 본 발명의 원리와 성능을 벗어나지 않으면서 다른 방식으로 제공 또는 설계될 수도 있으며 치수가 정해질 수도 있다.

적어도 하나의 스프링(7)에 의해 탄력성이 지원되는 놉(6)이 직립위치(안정위)에 서있으면 반사 유닛(8)은 기본적으로 기판의 상부 표면(2)과 평행하고, 또한 반사 유닛(8)은 광원 S와 마주보고 있으므로, 광원 S에서 방사된 광은 반사 유닛(8)에 의해 기판(2) 상에 배열되어 있는 다수의 검출기 D1 내지 D4를 향해 반사된다.

도 2는 본 발명에 따른 검출 시스템(10)의 평면도를 도시하는데, 특히 도 1의 패키지(1)의 기판(2) 상의 조감도를 나타낸다.

도 2에서 알 수 있듯이, 반사 유닛(8)은 광원 S의 광을 반사시켜서 기판(2) 상에 광점(9)을 만든다. 바람직하게 반사 유닛(8)을 수반하고 있는 놉(6)이 사용자의 조작에 의해 탄력적으로 이동되면, 다수의 검출기 D1 내지 D4 상의 반사광의 광 세기가 변한다. 움직임 검출은 검출기 D1 내지 D4 상의 광 세기의 변화를 평가함으로써 수행된다.

도 2에서 알 수 있듯이, 검출기 D1 내지 D4는 바람직하게는 광원 S 둘레에 배열되고, 완전히 광점(9) 내부에 위치된다. 또한 다수의 검출기가 광점(9) 내부에 부분적으로만 위치되는 것도 가능하다. 다수의 검출기 D1 내지 D4는 예컨대 광검출기처럼 다수의 감광 소자의 형태로 제공될 수도 있고, 특정 광검출기로 이루어진 검출기 D1 내지 D4의 각각이 각각의 검출기 D1 내지 D4의 영역 내부에 사전 정의된 패턴 혹은 어레이로 배열될 수도 있다. 예컨대 발광 다이오드처럼 발광 수단으로 구성된 광원 S는 특정 세기와 파장(컬러)을 갖는 광을 방사할 수 있다. 다수의 발광 다이오드인 경우, 각각은 도 1에서 위쪽을 향했다가 검출기를 향해 아래로 반사되는 완벽한 광 방사 세기(방사 조도)를 형성하는 광을 방사할 수 있다.

도 2에서 점선 원의 형태로 도시된 광점(9)은 그 형상의 일 예를 나타낸 것으로, 본 발명이 광점(9)의 형상과 면적을 제한하는 것은 아니며, 광점은 광원 S의 형상과 반사 유닛(8)의 형상에 따라서 사각형 혹은 직사각형 등 다른 형상을 가질 수도 있다.

도 2에 따른 기판(2)에서 추가의 영역이 디지털 회로 영역, 예컨대 영역(11, 12)으로 할당되는데, 이 영역은 추가의 일반적인 디지털 회로를 구현하는데 이용될 수 있다. 이 디지털 회로는 데이터 처리 및 제어를 위해 제공될 수도 있으며, 또한 시스템 클록 발생기와 함께 그에 상응하는 인터페이스 부분을 포함할 수도 있다.

더욱이, 도 2에 도시된 본 발명에 따른 검출 시스템은 ADC에 할당된 추가의 사전 정의된 영역 A1 및 A2를 포함하는데, 그 배열과 구조는 본 발명의 검출 시스템(10)의 추가 기능과 함께 이후에 설명될 것이다.

도 2에 도시된 배열과 관련하여, 더 구체적으로는 특정 기능 소자에 할당된 영역과 관련하여, 그 배열이 광원 S와 다수의 검출기 D1 내지 D4의 정사각형 윤곽에만 한정되는 것은 아니며, 다른 형상의 광원 S 혹은 검출기 D1 내지 D4도 보통의 설계 옵션으로 제공될 수 있음을 유의하자. 이것은 도 2에 도시된 것처럼 기판(2) 상에 배열된 모든 블록 혹은 구역에 적용된다. 도 2의 광점(9)은 원형 영역을 갖지만, 다른 형상들도 본 발명의 성능을 감소시키지 않으면서 가능하다.

다수의 검출기 D1 내지 D4 영역에서, 그것의 감광성 소자들이 전용 영역에 균등하게 분포될 수도 있으며, 이용되는 기술과 추가의 설계 조건에 따라서 사전 정의된 패턴으로 배열될 수도 있다. 또한 이와 관련하여 본 발명의 성능에 영향을 미치지 않으면서 변화를 줄 수도 있다.

이동 가능 객체를 나타내는 놉(6)은 도 1에 도시된 안정위 뿐만 아니라 다른 위치들을 가질 수도 있다. 놉(6)이 사용자에 의해 조작되는 경우, 즉, 사용자에 의해 상부 표면이 터치되어 경사각 α≠0으로 기울어지는 경우, 이것은 기판(2) 상의 광점(9)의 사이즈와 위치가 바람직하게는 기본적으로 유지되거나 혹은 약간 변하게 만듦으로써, 다수의 검출기 D1 내지 D4 상에 명확하게 광 세기의 변화를 초래한다. 즉, 사용자가 경사각 α=0(안정위)이 아닌 경사각으로 놉(6)을 움직이면, 다수의 검출기 D1 내지 D4 상에 광 세기 변화가 발생하고, 예를 들어 특정 방향, 예컨대 X 방향으로의 움직임은 특정 검출기, 예컨대 D3과 D4에 대한 광 세기 분포의 변경을 초래하고, 반면에 Y방향으로의 놉(6)(그리고 반사 유닛(8))의 움직임은 특정 검출기 D1 과 D2의 활용가능한 세기 변화를 초래한다.

따라서, 다수의 검출기 D1 내지 D4의 입사광의 대칭이 어느 쪽이든 가능한 방향으로 기울어질 수 있는 기울어진 놉(6)(이것은 동일한 방식으로 반사 유닛(8)도 기울어지게 함)으로 인해 깨지면, 도 2에서 우측으로 X 방향으로 놉(6)이 움직인 경우, 제 4 검출기 D4는 제 3 검출기 D3보다 더 많은 광을 수신하는 반면, 제 1 및 제 2 검출기 D1과 D2는 여전히 기본적으로 동일한 양의 광을 수신한다. 다른 움직임은 유사한 각각의 방식으로 광 세기(반사 유닛(8)의 반사 기능으로 인한 다수의 검출기 D1 내지 D4의 입사광의 광량)를 변화시킨다.

검출기 D1 내지 D4의 출력 신호의 데이터 평가 이후에, 예를 들면 이전에 검출된 D1 내지 D4의 출력값과 적절한 임계값을 비교하여, 사용자에 의해 조작된 놉(6)의 움직임에 대한 정밀한 정보가 얻어질 수 있다. 데이터 평가 이후의 출력 신호는 제어될 임의의 해당 디스플레이 상에서 커서의 위치를 제어하는데 이용된다.

도 1에서, 상부 부분에, 사용자에 의한 놉(6)의 조작 가능성을 나타내는 화살표들이 도시되어 있다. 즉, "경사(tilt)"라고 적힌 글자와 함께 호 형상의 화살표는 경사각 α의 예를 나타낸다.

도 1에 "클릭"이라고 적힌 글자와 도시된 수직 화살표는 X-Y 평면에 수직인 Z 축의 방향을 나티내고, 이것은 이후에 더 상세히 설명될 것이다.

도 3은 본 발명의 검출 시스템에 따른 기계적 성분과 함께 회로 장치 블록도를 도시한다.

도 3에 도시된 바와 같이, 광원 S는 광 반사 유닛(8)이 분리되어 있는 놉(6)의 하부(하부 표면)에 광을 방사하는 발광 다이오드 LED로 간단히 표현되었다. 광원 S의 광은 반사 유닛(8)에 의해 반사되고, 도 3에서 예컨대 포토다이오드 같은 단일 감광 소자로 표현된 검출기 D1 내지 D4에 조사된다.

도 3에 도시된 회로 장치는 검출 시스템의 전체적인 제어와 특정 데이터 평가를 제어하는 중앙 제어기(중앙 데이터 평가 및 제어 수단)(13)을 도시한다. 제어기(13)는 검출 시스템의 다른 성분들로부터 정보를 수신하고, 상응하는 사전 정의된 데이터 평가(바람직하게는 사전 정의된 프로그램에 따라 수행됨) 이후에 검출 시스템에 필요한 제어를 제공한다.

특히, 제어기(13)는 racnf 시스템에게 필요한 시스템 클록 CLK를 제공하도록 되어 있는 시스템 클록 유닛(14)에 연결된다. 이것은 이미 언급된 내부적인 시스템 클록 발생기에 해당한다.

제어기(13)(그리고 클록 유닛(14))는 광원 S, 더 구체적으로는 적어도 하나의 발광 다이오드를 제어하도록 되어 있는 광원 제어기(15)에 연결되고, 이로써 광원 S의 전력 제어, 즉, 방사된 광의 세기(광량) 및/또는 광의 컬러 성분(주파수, 파장)의 제어를 제공한다. 제어 가능성은 광원 S로 이용된 특정 발광 소자에 따라 좌우될 것이고, 다수의 검출기 D1 내지 D4의 감광성 소자의 감도에 따라 좌우될 것이다.

더욱이, 도 3에 도시된 바와 같이, 검출기 D1 내지 D4는 클릭 검출기(16)에 연결되고, 여기에서 검출기 D1 내지 D4의 출력 신호들에 대한 제 1 전처리(preprocessing)가 수행된다. 이 연결에서 클릭 검출기(16)는 검출기 D1 내지 D4의 출력 신호의 평가를 위해 클록 검출과 함께 이용되는 아날로그-디지털 변환 기능(AD 변환기) ADC를 포함한다. 이후에 상세히 설명되는 클록 검출기와 그에 상응하는 검출 원리의 이용은 X 및 Y 방향으로 놉(6)(이동 가능 객체)의 어떤 움직임을 검출하는데 이용될 수도 있다.

클릭 검출기(16)의 검출 결과는 데이터 프로세서(17)로 공급되고, 여기에서 추가의 데이터 처리가 수행되어, 원하는 커서 움직임 및/또는 위치에 대한 정보를 얻기 위해 클릭 검출기(16)의 출력 신호의 데이터 평가를 제공한다. 본 발명에 따라 클릭 검출기(16)에서 수행되는 클록 검출 개념과 데이터 프로세서(17)에서 수행되는 그에 상응하는 데이터 처리는 사용자의 조작(경사각 α와 클릭 조작)에 의해 초래된 놉(6)의 움직임과 각각의 디스플레이상의 커서의 원하는 움직임 혹은 위치 사이의 상관관계(correlation)를 제공한다.

데이터 프로세서(16)에 의해 얻어지는 전체적인 검출 결과를 나타내는 정보는 추가의 인터페이스 유닛(I/O)에 의해 본 발명의 검출 시스템(10)의 외부로 공급될 수 있다. 검출 시스템의 외부는 임의의 추가 소자 혹은 장치에 해당하는데, 검출 시스템(10)에 연결되어 제어되는 디스플레이를 포함하거나 검출 시스템(10)이 그 속에 배열되어 있어 제어되는 디스플레이를 포함한다.

개략적인 배열을 도시하는 도 3과 관련하여, 하나의 감광 소자 예컨대 포토다이오드가 검출기 D1 내지 D4로 표현되어 있다. 이와 관련해서 클릭 검출 즉, 놉(6)의 Z 방향으로의 움직임에 대한 검출이 다수의 검출기 D1 내지 D4의 각각의 모든 감광 소자들의 출력 신호에 기초하여 수행될 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 검출기 D1 내지 D4의 하나 혹은 다수 혹은 각각의 특정(선택된) 감광 소자가 클릭 검출(Z 방향)을 얻기 위해 클릭 검출기(16)에 할당될 수 있다. 또한 다수의 검출기 D1 내지 D4의 감광 소자에 덧붙여, 주로 클릭을 검출하도록 되어 있는 적어도 하나 또는 바람직하게는 사전 정의된 개수의 추가 감광 소자(도시 안 됨)를 제공하는 것도 가능한데, 이 추가의 감광 소자는 클릭 검출기(16)에 연결되어, 그들 출력 신호(검출 혹은 감지 신호를 나타냄)에 대해 필요한 데이터 평가를 입수한다.

추가의 감광 소자는 기판(2) 상에 배열될 수 있는데, 바람직하게는 한 편으로는 다수의 검출기 D1 내지 D4에 인접하고 다른 한편으로는 광원 S의 위치에 근접하게 배열될 수 있다. 그러나 본 발명은 이런 배열로만 한정하지는 않고, 이 감광 소자들이 반사 유닛(8)에 의해 광원 S의 반사광으로부터 만들어지는 광점(9) 내부에 완전히 위치하기만 한다면, 놉(6)이 사용자의 조작에 의해 어떤 작은 경사각이나 최대값으로 이동되었는지와 무관하게, 클릭 검출에 이용되는 추가 감광 소자들은 기판(2) 상의 어떠한 위치에도 배열될 수 있다.

이후부터, 특정 감광 소자 PE는 클릭 검출(Z 방향)을 수행하는데 이용되는 것을, 감광 소자 PE는 검출기 D1 내지 D4의 일부를 형성하거나 혹은 검출기 D1 내지 D4에 추가하여 별개로 제공되는 것을 언급한다. 특정 감광 소자 PE(혹은 다수 소자)에 대한 참조 부호는 이런 검출기 소자를 의미하거나 추가로 제공되었음을 의미한다.

도 4는 특정 감광 소자 PE의 방사 조도의 검출 파형(광 세기 곡선)을 도시한다. 도 4에 따르면, 적어도 하나의 감광 소자 PE에 대해 기본적으로 대칭인 방사 조도가 제공된다. 도 4의 예에서는, 두 개의 감광 소자가 고려되는데, 즉, 한 개의 감광 소자 PE는 광원 S의 좌측에 위치된 것이고, 다른 감광 소자 PE는 우측에 위치된 것이다. 감광 소자 PE의 상응하는 출력 신호는 추가의 평가를 위해 클릭 검출기(16)로 통신된다.

놉(6)이 사용자에 의해 조작될 때, 더 구체적으로 원하는 클릭 기능을 얻기 위해 도 1에서 아래쪽 방향으로 놉(6)을 누를 때, 이로 인해 광원 S과 반사 유닛(8) 사이의 거리가 감소하고, 기판(2)상의 방사 조도는 증가한다. 그에 상응하는 상황이 도 4에 도시된다. 더 작은 피크 값을 갖는 실선은 놉(6)이 사용자에 의해 눌려지지 않을 때 기판(2)(따라서 감광 소자 PE) 상의 방사 조도에 대응하고, 더 높은 피크 값을 가는 점선은 놉(6)이 클릭 기능을 얻기 위해 눌려질 때 기판(2) 상의 방사 조도를 나타낸다. 그러므로, 클릭 검출은 놉(6)의 해제 위치와 눌림 위치 사이의 방사 조도의 차이를 평가하는 것이다. 평가된 차이로부터, 디스플레이 상에서 제어될 커서를 움직이기 위한 움직임 명령이 유도된다.

도 4에서, 기판 상의 방사 조도의 곡선이, 필수적이진 않지만 바람직하게는, 대략 중앙선 CL에 대해 기본적으로 대칭인데, 이것은 X-Y 평면에 수직이고, 바람직하게는 사실상 광원 S의 중앙에서 패키지(1)의 기판에 의해 표현되는 X-Y 평면과 접촉한다. 기판 상의 방사 조도가 최소로 되는 기판(2)과 관련한 위치는 기판(2) 상에 조사된 반사광의 광점(9)의 경계선에 해당한다. 도 4의 방사 조도 곡선은 단지 2차원으로 표현된 것으로, 살제 방사 조도(광 세기 반포)는 기판(2) 영역(도 2 참조)에서 3차원의 배열을 가짐을 유의하자.

도 5는 ADC의 블록도와 본 발명에 따라 전류차 측정에 기초하여 클릭 기능(검출 시스템의 클릭 조작)을 측정하는 데이터 경로를 도시한다.

도 5에서 블록으로 표시된 회로 장치는 아날로그 부분(19)과 디지털 부분(20)을 도시한다. 이 두 부분의 경계선은 도 5에서 점선 L로 표시되어 있다.

도 5의 회로 장치는 적어도 하나, 바람직하게는 제 1 전류원(21)과 제 2 전류원(22)의 형태로 제공된 두 개의 상부 전류원을 포함한다. 제 3 전류원(23)으로 표시된 추가의 전류원은 하부 전류원으로 제공되고, 상부 전류원(21, 22)을 통해 흐르는 전류와 동일한 전류가 흐르도록 고정되었다. 하부 전류원(23)과 관련해 이렇게 선택된 값은 바람직한 값으로 본 발명이 그 값을 제한하지는 않는다.

세 개의 전류원(21, 22, 23)은 공통 모드 제어기(공통 모드 제어 수단)(24)에 연결되어 있고, 이 제어기는 도 5의 회로 장치의 ADC에 사전 정의된 신호를 공급함으로써 공통 모드 제어를 제공하도록 되어 있다. 제 1 및 제 2 전류원(21, 22)은 수평 공통 모드 제어 신호(X 방향 검출을 위해)가 제공된다. 특별히, 완전한 회로 장치는 바람직하게는 두 개의 ADC를 포함하는데, 즉 하나의 ADC는 X 방향 검출용이고 다른 하나의 ADC는 Y 방향 검출용이다. 표현을 단순화하기 위해 단지 하나의 ADC만이 도 5와 이후의 도면들에 도시되어 있다. X 방향 및 Y 방향의 검출을 위한 각각의 상응하는 공통 모드 신호가 ADC에 제공된다. 본 발명은 X방향과 Y 방향의 검출을 나타내는 디지털 신호를 얻기 위해 두 개의 ADC 배열로 한정하지 않고 단지 한 개의 ADC만 이용되고 있다. 만약 하나의 ADC가 이용되면서 X 방향이나 Y 방향의 움직임을 검출하는 용도로 시간상으로 다중화되면, 그에 따라 각각의 공통 모드 신호들도(x 방향과 Y 방향으로 각기) 다중화될 필요가 있다.

제 3 전류원(23)은 스위치를 통해 적분 캐패시턴스(25)에 연결되고, 클록 동기화된 캐패시터의 형태로 제공된 비교기(26)의 입력에도 연결된다. 비교기(26)에는 또한 기준 전압인 전압 Vref가 공급되고, 이 기준 전압 Vref와 관련하여 비교 프로세스를 제공하도록 되어 있다. 구체적으로, 적분 캐패시터(25)의 양 측은 클록 동기화된 비교기(26)에 연결된다.

더욱이, 도 5의 회로는 감광 소자 PE로 표시된 두 개의 감광 다이오드를 도시한다. 이 감광 소자 PE는 반사광이 조사되어 사전 정의된 규모(예를 들면 약 1㎂)의 전류를 발생하는 것으로 가정된다. 감광 소자 PE는 적분 캐패시터(25)에 연결되고, 감광 소자 PE의 전류의 약 2배인 사전 정의된 전류를 제공하도록 되어 있는 두 개의 전류원(21, 22)에 의해 전류가 공급된다. 제 3 전류원(23)은 우측 혹은 좌측 감광 소자 PE중 하나에 전환되도록 접촉된다.

도 5의 회로 장치의 동작과 관련하여, 만약 적분 캐패시터(25)의 좌측 전위(전압)가 우측보다 더 높으면, 제 3 전류원(23)은 좌측에 연결된다. 이것은 좌측 전압이 떨어지고 우측 전압이 상승함을 의미한다. 적분 캐패시터(25)의 좌측 전압이 우측 전압보다 더 낮아지는 즉시, 비교기(26)는 다음 클록 에지(도 3의 내부 클록 발생기(14)에 의해 제공되는 클록)에서 이 전압차를 검출하고, 제 3 전류원(23)을 적분 캐패시터(25)의 우측으로 전환시킨다. 이것은 우측 전압이 하강을 시작하고 좌측 전압은 상승을 시작함을 의미한다. 우측 전압이 좌측 전압보다 더 낮아지자마자 이것은 다름 클록 에지에서 비교기(26)에 의해 검출되고, 제 3 전류원(23)이 좌측으로 전환되며, 본 발명에 따른 검출 시스템의 기능에 따른 프로세스가 처음부터 다시 시작한다.

그러므로 출력 신호 OUT의 형태인 비교기(26)의 출력이 전력 상태(고 레벨)와 접지 상태(저 레벨) 사이를 전환한다. 검출 시스템의 회로의 기능에 따라서 비교 프로세스의 결과를 나타내는 비교기(26)의 출력 신호는 도 5의 클록 표시에 나타내었다.

즉, 좌측 및 우측 감광 소자 PE의 전류가 동일하면, 0과 1의 개수가 동일하고, 두 측의 전류가 동일하지 않으면, 1과 0의 개수가 동일하지 않다. 그러므로, 많은 클록 사이클에 걸쳐 단순히 1의 개수만 카운팅해도, 전류 차이에 대한 정확한 측정이 얻어질 수 있다. 전류 검출과 전처리가 아날로그 부분(19)에서 수행되지만, 비교기(26)의 비교 프로세스의 결과에 대한 데이터 평가는 디지털 부분에서 이루어지는데, 구체적으로 비교기(26)의 출력 신호는 카운터(27)로 공급된다. 사전 정의된 위치에서 회로내의 전류를 검출하는 이런 개념에 의해, 감광 소자 PE의 증가 혹은 감소된 방사 조도에 의한 전류의 증가 혹은 감소를 검출하는 것이 가능하고, 이것은 X-Y 평면에서 클릭 검출이나 다른 검출에 상응한다.

감광 소자 PE 전반에 걸쳐 전압을 접지와 전력 공급원 전압(예컨대 전압 Vdd) 사이로 유지하기 위해, 전류원들, 바람직한 실시예에 따르면 적어도 제 1 및 제 2 전류원(21, 22)은 감광 소자 PE의 전류보다 거의 2배인 전류를 가져야 할 것이다. 감광 소자 PE를 통한 전류는 정확하게 알려질 필요가 없지만, 광원 S에서 나오는 광량, 반사 유닛(8)에 의해 반사되는 광량, 감광 소자 PE에 입사되는 광량, 감광 소자 PE의 양자 효율, 주변 조건, 미광(stray light) 및 그 밖의 다른 영향으로 인해 변할 수도 있다.

이와 관련하여, 도 5에 도시된 공통 모드 제어기(24)로 표시된 공통 모드 제어가 도입된다. 공통 모드 제어기(24)는 적어도 하나의 공통 모드 제어 신호에 의해 제어되는 방식으로 다수의 전류원(21~23)에 영향을 주도록 되어 있고, 적분 캐패시터(25)의 양측의 중간 전압을 측정하도록 되어 있는데, 이를 위해 공통 모드 제어기(24)와 적분 캐패시터(25)의 양쪽 끝 사이에는 상응하는 연결이 제공된다. 적분 캐패시터(25)의 양측의 중간 전압은 기준 전압 Vref와 비교되고, 만약 이 전압이 너무 낮은 것으로 측정되면, 3개 전류원(21~23) 모두의 전류가 증가된다. 비슷한 방식으로, 만약 적분 캐패시터(25)에서 발생하여 측정 및 평가된 전압이 너무 높다면(공통 모드 제어기(24)의 영향으로 인해), 다수의 전류원(21~23)의 전류는 감소된다. 이를 위해 공통 모드 제어기 신호는 그에 상응하는 방식으로 발생되고, 검출 결과는 사전 정의된 임계값에 기초하여 즉, 전압이 이 값보다 높은지 낮은지에 따라 결정된다.

결국, 공통 모드 제어기(24)의 출력은 감광 소자 PE를 흐르는 중간 전류를 나타낸다. 즉, 공통 모드 제어기(24)는 자체 제어(self-control)를 수행하도록 되어 있고, 특히 도 5에 도시된 것처럼 아날로그 부분(19)에 의해 주로 설정된 ADC에 대해 자체 조정 개념(self-regulating concept)을 수행하도록 되어 있다.

더 구체적으로, 클릭 검출의 관점에서, 놉(6)의 클릭 동안에, 즉, 사용자가 커서가 위치되어 있는 디스플레이의 메뉴 상에서 특정 아이템을 선택하고자 할 때, 그리고 놉(6)이 기판(2)에 어느 정도 근접하게 이동하도록 눌려질 때, 기판과 그에 대응하여 감광 소자 PE에 입사하는 방사 조도(광량)는 증가되고, 그 반응으로 감광 소자 PE에 흐르는 전류는 상당히 증가한다(방사 조도 프로파일을 나타내는 도 4를 참조).

즉, 공통 모드 제어기(24)에서 출력되고, 예컨대 다양한 전류원(21~23)에 공급되는 제어 신호(즉, 적어도 하나의 신호)에서 차이를 검출함으로써, 더 구체적으로는 아마도 사전 정의된 임계값과 관련하여 시간에 대해 그 차이를 평가함으로써, 놉(6)(이동 가능 객체)의 클릭 조작이 신뢰성있게 검출될 수 있다.

이와 관련하여, 검출 시스템과 특히 도 5에 도시된 회로의 아날로그 부분(19)은 공통 모드 제어기(24) 및 디지털 부분(20)과 연계하여 1 비트 1차 시그마 델타 변환기(1-bit first order sigma delta converter)의 기능을 한다.

도 5에 따르면, 도 5의 회로 장치의 아날로그 부분(19)은, 한편으로는 공통 모드 제어기(24)에 연결되고 다른 한편으로는 디지털 부분(20)에 연결된 ADC에 상응한다. 더 구체적으로, 비교기(26)의 출력은 카운터(27)에 연결되는데, 이 카운터는 회로 장치의 디지털 부분(20)에 속하며, 출력 신호 OUT의 형태인 비교기(26)의 출력 펄스(클록 신호 CLK로부터 유도된)를 카운트하도록 되어 있다. 카운터(27)는 바람직하게는 10 비트 카운터의 형태로 제공된다. 카운팅 결과는 데이터 밀도 변조를 나타낸다(0=0000, ..., 유휴상태=1010 ..., Fs=1111 ...).

카운팅 결과는 또한 이득 유닛(gain unit)(29)과 연결될 수 있는 오프셋 유닛(offset unit)(28)에 통신될 수도 있다. 이득 유닛(29)은 임계 유닛(30)에 연결되고, 어떤 잡음으로 인한 잘못된 검출을 피하기 위해 사전 정의된 임계값이 고려될 수 있다. 더욱이, 더 오랜 시간에 걸쳐 카운팅함으로써 정확도를 증가시킬 수 있다.

도 3 내지 도 5에 도시 및 설명된 검출 및 데이터 평가 원리에 기초하여, 도 6 내지 도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 회로 블록도와 상세 회로 장치를 도시한다.

도 6에 따르면, 본 도면의 중앙 부분에는 도 5에도 도시된 공통 모드 제어기(24)가 도시되어 있다. 적어도 하나의 공통 모드 제어 신호를 발생함으로써 전술한 공통 모드 기능을 갖는 공통 모드 제어기(24)는 한 편으로 기준 전류를 제공하는 전류 기준 회로(31)에 연결된다.

다른 한편으로는, 공통 모드 제어기(24)가 아날로그-디지털 변환기를 나타내는 회로(32)(이후부터 ADC(32)로 부름)에 연결된다.

ADC(32)는, 도 6에 대충 도시되었듯이, X 방향과 Y 방향(X-Y 평면)과 X-Y 평면에 수직이고 클릭 기능에 대응하는 Z 방향으로의 어떤 움직임을 검출하기 위한 제 1 및 제 2 감광 소자 PE1, PE2를 포함한다. 전술하였듯이, 제 1 및 제 2 감광 소자 PE1, PE2는 전술한 검출기 D1 내지 D4를 부분적으로 혹은 전적으로 나타내거나, 또는 다수의 검출기 D1 내지 D4에 추가로 제공된 다른 감광 소자를 나타내며, 이 검출기들은 기판(2) 상의 반사 유닛(8)(이동 가능 객체인 놉(6)에 고정되어 있음)에 의해 광원 S의 광을 반사시켜 얻은 광점 내부에 위치된다.

출력 신호 OUT을 출력하는 도 6의 ADC(32)는 도 5에 도시된 것과 비슷한 방식으로 또한 카운터(27)에 연결되고, 전술한 바와 같이, 오프셋 유닛(28)과 이득 유닛(29)과 임계 유닛(30)에도 연결된다.

이제 도 7을 참조하면, 이 도면은 전류 기준 회로(31)와 공통 모드 제어기(24)의 회로 성분을 더 자세히 도시한다. 전력 공급원 전압 Vdd와 접지 전위 GND에 대한 연결은 모든 부분에 공통이다.

전류 기준 회로(31)는 공통 모드 제어기(24)에게 기준값으로서 기준 전류를 제공하는 전류원(33)을 포함한다. 공통 모드 제어기(24)는 ADC(32)에 제공될 공통 모드 신호를 결정하는 회로를 제공한다. 도 8에 도시된 ADC(32)에서, 공통 모드 신호는 다른 전류원(21 내지 23)에 제공된다.

도 8은 또한 제 1 및 제 2 감광 소자 PE1, PE2의 배열을 도시하는데, 이들 감광 소자 PE1, PE2는 광점(9) 내부에 위치되며, 그 속에서 자신에게 입사되는 광에 따라 변하는 전류 변화를 입수한다.

도 5에서, 적분 캐패시터(25)가 언급되었고, 그 단자들간 전압이 제어를 위해 검출되었다. 이것은 도 8에서도 나타나는데, 도 5에 도시된 것과 다른 점은, 적분 캐패시터가 두 개의 캐패시터(25a, 25b) 형태로 제공된다는 것이다. 캐패시터 전압은 감지되어 공통 모드 제어기(24)에 공급된다. 더욱이, 적분 캐패시터(25a, 25b)의 전압은 비교기(26)에 공급되는데, 이 비교기는 전술한 클록 동기화된 비교기에 대응하는 것이다.

공통 모드 제어기(24)와 관련하여, 이 제어기는 두 개의 감광 소자 PE1 과 PE2의 중간 전압을 결정하는 회로 부분과, 전류원을 제어하는 전압 증폭기로 구성된다. 감광 소자 PE의 전압은 전력 공급원 전압(Vdd)과 접지 전위 사이에 대략 절반을 유지하도록 바람직한 방식으로 제어된다.

중간 전압을 결정하는 회로는 두 개의 동일하게 정합된 저항 R1 및 R2가 직렬 연결되도록 구성되어, 중간 노드가 중간 전압에 있게 된다. 저항 R1 및 R2는 두 개의 정합 소스 팔로어(two matched source followers)에 연결되고, 이 팔로어 각각은 적분 캐패시터(25a, 25b)의 전압을 감지하기 위해 감광 소자 PE에 연결되어 있다.

전압 증폭기는 한 쪽 입력이 중간 전압에 연결된다. 다른 쪽 입력은, 이 경우 직렬 연결된 두 개의 동일한 트랜지스터로 구성된 기준 전압 Vref에 연결되어, 전력 공급원 전압과 접지 전위 사이의 중간값을 결정하고, 이 때 소스 팔로어는 두 개의 감광 소자의 중간 전압을 결정하는 회로의 소스 팔로어와 정합이다.

감광 소자 PE1 및 PE2에 대한 중간 전압이 기준 전압보다 낮아지는 경우, 증폭기의 출력 전압은 증가하고, 따라서 ADC(32)의 전류원을 통해 흐르는 전류(공통 모드 신호)를 증가시킨다. 만약 중간 전압이 기준 전압보다 더 높아지면, 증폭기의 출력은 낮아지고, 그러므로 (ADC(32)에 상응하는 공통 모드 신호를 공급함으로써) ADC(32)의 전류원을 통해 흐르는 전류를 감소시킨다.

ADC(32)는 감광 소자 PE1, PE2를 도 6과 도 8에 도시된 바와 같이 포함한다. 그러므로, 검출기 D1 내지 D4(도 2 참조)와 일반적으로 감광 소자 PE1 및 PE2 상의 방사 조도가 감지 기능을 나타내고, 검출기 D1 내지 D4 뿐만 아니라 감광 소자 PE1 및 PE2에 의해 수집되는 입사광은 본 발명에 따른 검출 시스템의 회로에 대한 입력이므로, 감광 소자 PE1, PE2는 본 발명에 따른 검출 시스템의 입력 단자를 구성한다.

감광 소자 PE1, PE2의 전압은 거의 전력 공급원 전압 Vdd와 접지 전위 사이의 중간값이다. 도 8에서 알 수 있듯이, 감광 소자 PE1, PE2는 각각의 적분 캐패시터(25a, 25b)에 직접 연결된다.

전술했듯이, 적분 캐패시터는 두 개의 캐패시터(25a, 25b)의 형태로 제공되고, 적분 캐패시터(25a, 25b)의 각각의 한 쪽 단자는 전력 공급원 전압 Vdd에 연결된다. 다른 단자는 감광 소자 PE1, PE2에 연결되고, 각각의 적분 캐패시터(25a, 25b)의 전압 레벨은 한 쪽은 비교기(26)로 공급되고 다른 쪽은 공통 모드 제어기(24)(도 6 및 도 7)에 의해 감지된다. 감광 소자 PE1, PE2와 적분 캐패시터(25a, 25b)의 공통 노드는 각기 다시 상부 즉, 제 1 및 제 2 전류원(21, 22)에 연결되고, 스위치를 통해서 제 3 (하부) 전류원(23)에 연결된다. 스위치 바로 위의 트랜지스터는 소스와 드레인이 단락된다. 이 트랜지스터는 제 3 전류원(23) 위의 스위치의 혼신(crosstalk)을 보상하기 위한 것이다. 적분 캐패시터(25a, 25b)는 전류원들에 의해 충전될 수 있는데 즉, 검출 시스템의 동작 조건에 따라 이 공급원들 중 적어도 하나에 의해 충전될 수 있을 뿐만 아니라 감광 소자의 입사광의 조건에 따라 감광 소자 PE1, PE2 혹은 검출기 D1 내지 D4로부터의 전류에 의해서도 충전될 수 있다.

트랜지스터 게이트의 캐패시턴스는 0V 근처에서는 많이 변하여 효율적이지 않으므로, 적분 회로가 두 개의 캐패시터(25a, 25b)의 형태로 제공된다. 이 캐패시터는 바람직하게는 단일 적분 캐패시터(25) 보다 2배 사이즈로 설정된다. 더욱이, 도 8에 도시된 회로 장치의 상부 및 하부 부분의 전류원들(제 1 내지 제 3 전류원(21-23))은 적절한 회로를 얻기 위해 캐스코드(cascoded)로 구성된다.

도 6 내지 도 8에 도시된 회로 장치는 추가의 데이터 평가를 위해 도 5의 경우에 상응하는 방식으로 카운터(27), 오프셋 유닛(28), 이득 유닛(29) 및 임계 유닛(30)에 연결된다.

본 발명에 따른 검출 시스템이 이동 장치에서 이용될 수 있으므로, 검출 시스템의 회로의 전력 소비를 줄이는 것이 필수적이다. 그러므로 본 발명에 따른 검출 시스템은 추가로 낮은 전력 옵션을 나타낸다.

1초당 200번 측정 미만이 필요할 것으로 예측된다. 이것은 모든 내부 아날로그 회로(도 6 내지 도 8에 도시된 회로 장치)가 측정들 사이 사이마다 스위치가 차단되어, 전력 소비를 누설 레벨까지 낮출 수 있음을 의미한다.

예를 들어, 시스템 클록이 1MH로 선정되고, 1초당 약 100개 샘플이 요구되는 경우, 1024 클록 사이클에 대한 측정 시간은 단지 1024㎲이다. 1초당 약 100개의 샘플이면, 거의 매 10㎳마다 하나의 측정을 행하는 것이 필요하다. 이런 특정의 조건을 기반으로, 검출 시스템은 전체 동작 시간의 약 10% 정도만 활성인 것이 필요하고, 전력 감소도 10배 달성될 수 있음을 유의하자.

더욱이, 도 2에 따른 다수의 검출기 D1 내지 D4에서 두 개의 검출기가 X 및 Y 방향 중 하나의 측정에 할당 및 이용되는 배열과 관련하여, 이러한 측정의 다중화 즉, 상부/하부 측정(Y 방향, 도 2 참조)과 좌측/우측 측정(X 방향)을 동시에 다중화할 때에도, 단지 하나의 ADC만이 필요하다. 전력 소비를 줄이는 것은 물론이고 회로가 차지하는 기판(2) 상의 면적도 줄일 수 있게 된다.

다수의 전류원(21-23)을 통한 전류가 제어되는 것과 비슷한 방식으로, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 광원 S, 특히 발광 다이오드 LEDs를 제어함으로써 전류 제어가 수행될 수 있고, 이러한 제어 개념의 도움으로 감광 소자 PE1, PE2 혹은 검출기 D1 내지 D4를 각기 통하는 전류에 영향을 줄 수 있다. 이 경우, 전류원을 통하는 전류는 고정될 수 있다. 이런 제어는 광원 S에 의해 방사된 광량 뿐만 아니라 방사광의 주파수 혹은 파장에 대해서도 제어된 설정을 나타낸다. 또한 아마도 다수의 발광 소자를 구비하는 광원 S의 일부만이 가변 전력으로 공급될 때, 조사된 광의 세기와 관련하여 제어를 제공하는 것도 가능하다.

도 9는 본 발명의 제 3 양상에 따라 이동 가능 객체의 움직임을 검출하는 방법의 특별한 단계들의 흐름도를 도시한다.

이동 가능 객체의 움직임을 검출하는 방법은, 도 9에 도시된 단계들을 포함하는데, 이에 따르면, 제 1 단계 S1은 반사 유닛에 광을 방사하기 위해 수행된다. 제 2 단계 S2에 따르면, 방사된 광은 이동 가능 객체(놉)(6)와 기능적으로 연계되도록 구성되어 있는 반사 유닛(8)에 의해 반사되고, 이후의 단계 S3에서 반사광은 적어도 하나의 검출기에 의해 검출된다. 이 단계 S3에서, 이동 가능 객체의 움직임을 결정하는 검출 신호가 출력된다. 제 4 단계 S4에서, 적어도 하나의 캐패시터(25, 25a, 25b)에 의해 검출 신호와 전류원(21~23)에서 출력된 전류 신호가 수신된다. 제 5 단계 S5는 적어도 하나의 캐패시터(25, 25a, 25b) 상의 전압을 감지하여, 적어도 하나의 공통 모드 신호를 발생하고, 감지된 전압에 따라 적어도 하나의 공통 모드 신호로 전류원을 제어하도록 되어 있다. 단계 S6에서, 검출 신호와 적어도 하나의 공통 모드 신호에 기초하여 이동 가능 객체의 움직임을 나타내는 디지털 신호가 출력된다.

본 방법은 본 발명의 제 1 양상에 따른 검출 시스템과 관련하여 언급된 모든 이점들을 똑같이 나타낸다.

도 1 및 도 2를 참조하여, 디지털 회로 영역(11, 12)과 함께 더 구체적으로 임의의 추가 아날로그 회로를 수용하도록 제공되는 영역 A1, A2을 금속 차폐막(metal shield)으로 덮어서, 기판(2) 다시 말해서 이 디지털 회로 영역 상에 조사된 광으로 인한 문제를 막을 수도 있다. 도 2에 따르면, 제 1 및 제 2 디지털 회로 영역(11, 12)과, 제 1 및 제 2 아날로그 영역 A1, A2은 반사 유닛(8)의 반사 기능에 의해 생성된 광점(9) 내에 부분적으로 혹은 전적으로 놓여 있으므로, 광의 차폐는 각각의 회로에 대한 원치 않는 영향을 막아준다. 선택적으로, 혹은 추가적으로, 반사 유닛(8)은 추가 회로의 통합으로 제공되는 디지털 회로 영역(11, 12)과 아날로그 영역 A1, A2 상의 입사광을 막거나 혹은 적어도 줄여주기에 적당한 형상으로 제공된다.

이동 가능 객체의 움직임을 검출하기 위한 본 발명에 따른 검출 시스템과 그에 대응하는 방법은, 조이스틱의 조작과 연계하여 특히 사용자에 의한 놉(6)(이동 가능 객체)의 움직임에 기초하여, 그리고 검출 방법과 연계하여 검출 시스템에 의한 이 움직임의 검출에 기초하여 설명되었다. 조이스틱의 움직임을 검출하는 검출 시스템의 이용뿐만 아니라 본 발명은 3개의 공간 좌표를 따라 이동 가능 객체의 어떤 작은 움직임과 관련한 유사한 검출이 일어나는 모든 대응 장치 혹은 수단에 대해서도 적용될 수 있다. 용이한 제조와 취급을 위해 바람직하게는 공통 기판 상에 집적된 형태로 배열(하나의 칩 상에 배열)될 수 있는 회로를 이용해 높은 신뢰성을 갖고 기본 평면(X-Y 평면) 뿐만 아니라 Z 방향으로도 믿을 수 있는 검출이 수행될 수 있다.

본 발명이 전술한 설명과 도면에서 상세히 예시 및 설명되었지만, 이러한 예시와 설명은 말 그대로 예시와 설명을 위한 것이지 본 발명을 개시된 실시예로 한정하려는 것은 아니다.

본 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 사람이라면, 청구된 발명을 실시함에 있어 도면과 본 원 설명과 첨부된 특허청구의 범위로부터 실시예에 대한 다양한 변화들이 가능함을 이해할 것이다.

특허청구범위에서, "포함하는"이라는 용어는 다른 소자나 단계를 배제하는 것이 아니며, 부정관사 "하나(a 혹은 an)"는 다수를 배제하는 것이 아니다. 특허청구범위의 모든 참조 부호가 본 발명의 범주를 제한하려는 의도로 해석되어서는 안 된다.

Claims (15)

1. 이동 가능 객체(movable object)(6)의 움직임을 검출하는 검출 시스템에 있어서,
   광을 방사하도록 구성된 광원(S)과,
   상기 이동 가능 객체와 기능적으로 연계되도록 구성되어, 상기 방사된 광을 반사하도록 구성된 반사 유닛(8)과,
   디지털 신호(OUT)를 출력하도록 구성된 아날로그-디지털 변환기(32)?상기 아날로그-디지털 변환기(32)는, 상기 이동 가능 객체의 움직임을 결정하기 위해 상기 반사된 광을 검출하고 검출 신호를 출력하는 적어도 하나의 검출기(D1 내지 D4; PE1, PE2)와, 전류 신호를 출력하도록 구성된 전류원(21, 22, 23)과, 상기 검출 신호와 상기 전류 신호를 수신하도록 구성된 적어도 하나의 캐패시터(25:25a, 25b)를 포함함?와,
   상기 적어도 하나의 캐패시터 상의 전압을 감지하고, 상기 감지된 전압에 따라 상기 전류원을 제어하는 적어도 하나의 공통 모드 신호를 발생하도록 구성된 공통 모드 제어기(common mode controller)(24)를 포함하되,
   상기 이동 가능 객체의 상기 움직임을 나타내는 상기 디지털 신호는 상기 적어도 하나의 검출기의 상기 출력 신호와 상기 적어도 하나의 공통 모드 신호에 기초하는
   검출 시스템.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 적어도 하나의 캐패시터(25:25a, 25b)는 상기 전류원(21 내지 23)과 상기 적어도 하나의 검출기(D1 내지 D4; PE1, PE2)로부터의 상기 전류 신호에 의해 충전되는
   검출 시스템.
   
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 적어도 하나의 검출기(D1 내지 D4; PE1, PE2)와, 상기 광원(S)과, 상기 공통 모드 제어기(24)와, 상기 아날로그-디지털 변환기(32)는 기판(2) 상에 배열되고, 상기 반사 유닛(8)은 광점(light spot)(9)이 상기 기판 상에 입사되도록 구성되는
   검출 시스템.
   
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 적어도 하나의 공통 모드 신호는 상기 전류원(21 내지 23)에 흐르는 전류를 설정하도록 되어 있는
   검출 시스템.
   
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 아날로그-디지털 변환기(32)는 스위치를 통해 상기 전류원(21 내지 23)에 연결 가능한 두 개의 캐패시터(25a, 25b)를 포함하는
   검출 시스템.
   
6. 제 5 항에 있어서,
   상기 아날로그-디지털 변환기(32)는 비교기(26)를 더 포함하고, 상기 두 개의 캐패시터(25a, 25b) 상의 전압은 상기 비교기의 입력 단자에 공급되는
   검출 시스템.
   
7. 제 6 항에 있어서,
   상기 비교기(26)는 상기 두 개의 캐패시터(25a, 25b) 상의 전압을 비교하고, 그 비교 결과로서 상기 디지털 신호(OUT)?상기 디지털 신호는 상기 스위치로 공급되어 스위치의 개방 상태 혹은 폐쇄 상태를 제어함?를 출력하도록 되어 있는
   검출 시스템.
   
8. 제 5 항에 있어서,
   상기 공통 모드 제어기(24)는 상기 두 개의 캐패시터(25a, 25b) 상의 중간 전압(medium voltage)을 감지하고, 이 감지된 결과를 사전 정의된 기준 전압과 비교하도록 되어 있는
   검출 시스템.
   
9. 제 8 항에 있어서,
   상기 공통 모드 제어기(24)는, 상기 감지된 중간 전압이 사전 정의된 임계값 미만이면, 모든 상기 전류원(21 내지 23)의 전류를 증가시키는 상기 적어도 하나의 공통 모드 신호를 발생하고, 상기 감지된 중간 전압이 상기 사전 정의된 임계값을 초과하면, 모든 상기 전류원의 전류를 감소시키는 상기 적어도 하나의 공통 모드 신호를 발생하는
   검출 시스템.
   
10. 제 6 항에 있어서,
    적어도 하나의 시스템 클록(CLK)을 발생하는 시스템 클록 발생기(14)를 더 포함하고, 상기 비교기(26)가 상기 시스템 클록의 클록 펄스를 이용하는 클록을 갖는 비교기(clocked comparator)인
    검출 시스템.
    
11. 제 9 항에 있어서,
    상기 공통 모드 제어기(24)가 전압 증폭기를 더 포함하되, 상기 전압 증폭기의 한 쪽 단자에는 상기 감지된 중간 전압이 제공되고, 다른 쪽 단자에는 상기 사전 정의된 임계값을 포함하는 사전 정의된 기준 전압(Vref)이 제공되는
    검출 시스템.
    
12. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    적어도 하나의 시스템 클록을 발생하도록 구성되는 시스템 클록 발생기(14)를 더 포함하고, 상기 디지털 신호(OUT)가 상기 시스템 클록의 클록 펄스에 기초하여 사전 정의된 개수의 사이클에 걸쳐 상기 펄스를 카운팅하는 카운터에 공급되며, 상기 카운트된 펄스의 개수는 상기 이동 가능 객체(6)의 상기 움직임으로 인한 상기 검출기(D1 내지 D4;PE1, PE2)에 흐르는 전류의 차이에 대응하는
    검출 시스템.
    
13. 제 3 항에 있어서,
    상기 반사 유닛(8)에 의해 유발된 상기 광점(9)은 반사광의 사전 정의된 방사 조도 프로파일(predetermined irradiance profile)을 포함하고, 사전 정의된 방향(Z)으로의 상기 이동 가능 객체(6)의 상기 움직임의 결정은, 상기 움직임으로 인한 상기 적어도 하나의 검출기(D1 내지 D4;PE1, PE2) 상의 상기 광점의 상기 방사 조도 프로파일에서의 증가에 기초하는
    검출 시스템.
    
14. 제 1 항 내지 제 11 항 또는 제 13 항 중 어느 한 항에 따른 검출 시스템을 더 포함하는, 이동 가능 장치용 조이스틱(joystick).
    
15. 이동 가능 객체(6)의 움직임을 검출하는 방법에 있어서,
    반사 유닛(8)에 광을 방사하는 단계와(단계 S1),
    상기 방사된 광을 상기 이동 가능 객체와 기능적으로 연계되도록 구성되는 상기 반사 유닛(8)에 의해 반사하는 단계(단계 S2)와,
    상기 이동 가능 객체(6)의 상기 움직임을 결정하기 위해, 상기 반사된 광을 적어도 하나의 검출기(D1 내지 D4;PE1, PE2)로 검출하고 검출 신호를 출력하는 단계(단계 S3)와,
    상기 검출 신호와 전류원에 의해 출력된 전류 신호를 적어도 하나의 캐패시터(25; 25a, 25b)로 수신하는 단계(단계 S4)와,
    상기 적어도 하나의 캐패시터 상의 전압을 감지하고, 적어도 하나의 공통 모드 신호를 발생하며, 상기 감지된 전압에 따라 적어도 하나의 공통 모드 신호로 상기 전류원을 제어하는 단계(단계 S5)와,
    상기 검출 신호와 상기 적어도 하나의 공통 모드 신호에 기초하여 상기 이동 가능 객체의 상기 움직임을 나타내는 디지털 신호를 출력하는 단계(단계 S6)를 포함하는
    이동 가능 객체의 움직임 검출 방법.

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