KR101630725B1 - 근접장 광학 감지 시스템 - Google Patents
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Abstract
본 개시내용은, 디바이스 또는 다른 광학 감지 시스템 내의 광-가이딩 층 위에 놓인 근접장 영역(near-field area)에서의 터치 및/또는 제스처들을 감지하기 위한, 컴퓨터 저장 매체들 상에 인코딩된 컴퓨터 프로그램들을 포함하는 시스템들, 방법들 및 장치를 제공한다. 일 양상에서, 변조된 적외선 광이, 위에 놓인 영역으로 방출되고, 위에 놓인 영역 내의 대상물들에 의해 반사되는 광이 광-가이딩 층을 통해 적외선 센서들로 재지향된다. 일 양상에서, 마스킹 구조가 광-가이딩 층과 적외선 센서들 사이에 로케이팅될 수 있다. 일부 양상들에서, 위에 놓인 영역 내의 대상물들의 위치들을 추정하기 위해, 확률 맵핑 또는 백트랙킹이 이용될 수 있다.
Description
[0001] 본 개시내용은 광학 센서들에 관한 것으로, 특히 단독으로 또는 전기기계적 시스템들 및 디바이스들과 함께 이용될 수 있는 광학 터치 및 제스처 감지 디바이스들에 관한 것이다.
[0002] 전기기계적 시스템들(EMS)은, 전기적 및 기계적 엘리먼트들, 작동기들, 트랜스듀서들, 센서들, 광학 컴포넌트들, 이를테면, 미러들 및 광학 필름들, 및 전자기기들을 갖는 디바이스들을 포함한다. EMS 디바이스들 또는 엘리먼트들은, 마이크로스케일들 및 나노스케일들을 포함하는(그러나, 이에 한정되지 않음) 다양한 스케일들로 제조될 수 있다. 예를 들어, 마이크로전기기계적 시스템들(MEMS) 디바이스들은, 약 1 미크론 내지 수백 미크론 또는 그 초과의 범위의 크기들을 갖는 구조들을 포함할 수 있다. 나노전기기계적 시스템들(NEMS) 디바이스들은, 예를 들어 수백 나노미터보다 더 작은 크기들을 포함한, 1 미크론보다 더 작은 크기들을 갖는 구조들을 포함할 수 있다. 전기기계적 엘리먼트들은 증착, 에칭, 리소그래피, 및/또는 기판들 및/또는 증착된 재료 층들의 부분들을 에칭하거나 또는 전기적 및 전기기계적 디바이스들을 형성하기 위해 층들을 부가하는 다른 마이크로머시닝 프로세스들을 이용하여 생성될 수 있다.
[0003] EMS 디바이스의 일 유형은 간섭계 변조기(IMOD; interferometric modulator)로 지칭된다. IMOD 또는 간섭계 광 변조기라는 용어는, 광학 간섭(optical interference)의 원리들을 이용하여 광을 선택적으로 흡수 및/또는 반사하는 디바이스를 나타낸다. 일부 구현들에서, IMOD 디스플레이 엘리먼트는 한 쌍의 전도성 플레이트들을 포함할 수 있고, 한 쌍의 전도성 플레이트들 중 하나 또는 양쪽 모두는, 전체적으로 또는 부분적으로 투명하고 그리고/또는 반사적일 수 있고, 적절한 전기 신호의 인가 시에, 상대적 운동이 가능할 수 있다. 예를 들어, 하나의 플레이트는 기판 위에, 기판 상에 증착되는 또는 기판의 의해 지지되는 정지 층을 포함할 수 있고, 다른 플레이트는 에어 갭(air gap)에 의해 정지 층으로부터 분리된 반사 멤브레인(membrane)을 포함할 수 있다. 다른 플레이트에 관한 하나의 플레이트의 포지션은, IMOD 디스플레이 엘리먼트 상에 입사하는 광의 광학적 간섭을 변경할 수 있다. IMOD-기반 디스플레이 디바이스들은 광범위한 애플리케이션들을 가지며, 기존의 제품들을 개선하고 새로운 제품들, 특히 디스플레이 능력들을 갖는 새로운 제품들을 생성하는데 사용될 것으로 예상된다.
[0004] 터치스크린들 및 제스처 감지 시스템들은 근본적인 디스플레이 디바이스에 또는 임의의 다른 디바이스들에 입력을 제공하기 위해 이용될 수 있다. 일부 터치스크린들은 프로젝티드 커패시티브 기술(PCT; projected capacitive technology)에 의존하는데, 프로젝티드 커패시티브 기술(PCT)은 표면과의 직접적인 상호작용을 필요로 하며, PCT 터치스크린과 상호작용하기 위해 스킨-표면 접촉(skin to surface contact) 또는 다른 특정한 재료들을 필요로 할 수 있다. 유사하게, 일부 제스처 인식 시스템들은, 가시광을 감지하는 카메라의 사용에 의존하며, 이러한 시스템의 능률은 카메라의 능력에 의해 제약될 수 있다.
[0005] 본 개시내용의 시스템들, 방법들 및 디바이스들은 각각 여러 획기적인 양상들을 가지며, 이들 중 어떠한 단일의 것도 본 명세서에서 개시된 바람직한 속성들을 단독으로 담당하지는 않는다.
[0006] 본 개시내용에서 설명되는 본 청구 대상의 하나의 획기적인 양상은 광학 감지 시스템으로 구현될 수 있으며, 광학 감지 시스템은, 제 1 표면, 제 2 표면, 및 하나 또는 둘 이상의 에지들을 갖는 광-가이딩 층(light guiding layer); 광을 광-가이딩 층의 제 1 표면 위에 놓인 영역으로 지향시키도록 구성된 적외선(IR) 광원; 광을 광-가이딩 층의 제 1 표면을 통과해 광-가이딩 층으로 재지향(redirect)시키도록 구성된 복수의 광-터닝 구조(light-turning structure)들; 광-가이딩 층의 적어도 하나의 에지에 인접한 복수의 IR 센서들; 및 광-가이딩 층과 복수의 IR 센서들 사이에 배치된 복수의 마스킹 구조(masking structure)들을 포함한다.
[0007] 일부 구현들에서, 시스템은 복수의 IR 센서들과 전기 통신하는 프로세서를 포함할 수 있고, 프로세서는, 광-가이딩 층의 제 1 표면 위에 놓인 영역 내의 대상물(object)의 위치를 식별하기 위해 복수의 IR 센서들에 의해 측정된 신호들을 분석하도록 구성된다. 일부 구현들에서, IR 광원은, 광-가이딩 층의 제 1 표면 위에 놓인 영역으로 지향되는 광을 변조하도록 구성될 수 있다. 일부 구현들에서, IR 광원은 광-가이딩 층의, 제 2 표면과 동일한 측 상에 배치될 수 있고, 광을 광-가이딩 층을 통해 지향시키도록 구성될 수 있다.
[0008] 일부 구현들에서, IR 광원은 제 1 광-가이딩 층과 실질적으로 평행하게 연장되는 제 2 광-가이딩 층과 광학 통신할 수 있고, 제 2 광-가이딩 층은, IR 광원에 의해 제 2 광-가이딩 층으로 방출되는 광을 제 1 광-가이딩 층의 제 1 표면 위에 놓인 영역으로 재지향시키도록 구성된 복수의 광-터닝 구조들을 포함할 수 있다. 일부 구현들에서, 복수의 IR 센서들은 광-가이딩 층의 각각의 에지에 인접하게 연장되는 IR 포토다이오드들의 선형 어레이들을 포함할 수 있다. 일부 구현들에서, 복수의 광-터닝 구조들은 광-가이딩 층의 제 2 표면을 통해 연장되는 또는 광-가이딩 층의 제 2 표면에 인접하는 반사 패싯(reflective facet)들을 포함할 수 있다. 일부 구현들에서, 복수의 마스킹 구조들은 광-가이딩 층의 각각의 에지에 인접하게 연장되는 마스킹 구조들의 주기적 어레이를 포함할 수 있다.
[0009] 일부 구현들에서, 시스템은 부가적으로, 광-가이딩 층의, 제 2 표면과 동일한 측 상에 로케이팅되는 디스플레이를 포함한다. 적어도 제 1 추가의 구현에서, 시스템은 부가적으로, 디스플레이의, 광-가이딩 층과 반대 측 상에 배치되는 백라이트(backlight)를 포함할 수 있고, 백라이트는 IR 광원을 포함한다. 일부 또한 추가의 구현들에서, 디스플레이는 액정 디스플레이를 포함할 수 있다. 적어도 제 2 추가의 구현에서, 디스플레이는 투과형 디스플레이(transmissive display)를 포함할 수 있다. 적어도 제 3 추가의 구현에서, 디스플레이는 반투과형 디스플레이(transflective display)를 포함할 수 있다. 적어도 제 4 추가의 구현에서, 디스플레이는 반사형 디스플레이(reflective display)를 포함할 수 있다. 일부 또한 추가의 구현들에서, 시스템은 부가적으로, 디스플레이를 조명하도록 구성된 프론트라이트 시스템(frontlight system)을 포함할 수 있고, 프론트라이트 시스템은 IR 광원을 포함한다. 다른 또한 추가의 구현들에서, 디스플레이는 간섭계 변조기들의 어레이를 포함할 수 있다. 적어도 제 5 추가의 구현에서, 시스템은, 디스플레이와 통신하도록 구성되는 프로세서; 및 프로세서와 통신하도록 구성되는 메모리 디바이스를 포함할 수 있고, 프로세서는 이미지 데이터를 프로세싱하도록 구성된다. 적어도 제 1 또한 추가의 구현에서, 시스템은 부가적으로, 적어도 하나의 신호를 디스플레이에 전송하도록 구성된 드라이버 회로; 및 이미지 데이터의 적어도 일부를 드라이버 회로에 전송하도록 구성된 제어기를 포함할 수 있다. 적어도 제 2 또한 추가의 구현에서, 시스템은 부가적으로 이미지 데이터를 프로세서에 전송하도록 구성된 이미지 소스 모듈을 포함할 수 있고, 이미지 소스 모듈은 수신기, 트랜시버, 및 송신기 중 적어도 하나를 포함한다. 적어도 제 3 또한 추가의 구현에서, 시스템은 부가적으로, 입력 데이터를 수신하고 입력 데이터를 프로세서에 통신하도록 구성된 입력 디바이스를 포함할 수 있다.
[0010] 본 개시내용에서 설명되는 본 청구 대상의 다른 획기적인 양상은 광학 감지 시스템으로 구현될 수 있으며, 광학 감지 시스템은, 제 1 표면, 제 2 표면, 및 하나 또는 둘 이상의 에지들을 갖는 광-가이딩 층; 광-가이딩 층의 제 1 표면 위에 놓인 영역을 적외선(IR) 광으로 조명하기 위한 수단; 광을 광-가이딩 층의 제 1 표면을 통과해 광-가이딩 층으로 재지향시키도록 구성된 복수의 광-터닝 구조들; 광-가이딩 층의 적어도 하나의 에지에 인접한 복수의 IR 센서들; 및 광-가이딩 층과 복수의 IR 센서들 사이에 배치된 복수의 마스킹 구조들을 포함한다.
[0011] 일부 구현들에서, 시스템은 부가적으로, 복수의 IR 센서들과 전기 통신하는 프로세서를 포함할 수 있고, 프로세서는 광-가이딩 층의 제 1 표면 위에 놓인 영역 내의 대상물의 위치를 식별하기 위해 복수의 IR 센서들에 의해 측정된 신호들을 분석하도록 구성된다. 일부 구현들에서, 조명 수단은 변조된 IR 광원을 포함할 수 있다. 일부 구현들에서, 조명 수단은 광-가이딩 층의, 제 2 표면과 동일한 측 상에 배치되는 IR 광원을 포함할 수 있고, IR 광원은 광을 광-가이딩 층을 통해 지향시키도록 구성된다. 일부 구현들에서, 조명 수단은, 제 1 광-가이딩 층과 실질적으로 평행하게 연장되는 제 2 광-가이딩 층; 및 제 2 광-가이딩 층과 광학 통신하는 적어도 하나의 IR 광원을 포함할 수 있고, 제 2 광-가이딩 층은, 적어도 하나의 IR 소스에 의해 방출되는 광을 제 1 광-가이딩 층의 제 1 표면 위에 놓인 영역으로 재지향시키도록 구성된 복수의 광-터닝 구조들을 포함한다.
[0012] 본 개시내용에서 설명되는 본 청구 대상의 다른 획기적인 양상은, 광-가이딩 층 위에 놓인 하나 또는 둘 이상의 대상물들을 감지하는 방법으로 구현될 수 있으며, 방법은, 광-가이딩 층의 제 1 표면 위에 놓인 영역을 적외선(IR) 광으로 조명하는 단계; 하나 또는 둘 이상의 위에 놓인 대상물들에 의해 반사된 IR 광을 광-가이딩 층으로 그리고 복수의 IR 광 센서들을 향해 재지향시키는 단계 ― 마스킹 구조가 광-가이딩 층과 복수의 IR 광 센서들 사이에 배치됨 ―; IR 광 센서들 상에 입사하는 IR 광을 표시하는 하나 또는 둘 이상의 신호들을 측정하는 단계; 및 하나 또는 둘 이상의 위에 놓인 대상물들의 위치를 추정하기 위해 측정된 하나 또는 둘 이상의 신호들을 분석하는 단계를 포함한다.
[0013] 일부 구현들에서, 마스킹 구조는 갭들에 의해 분리된 마스킹 구조들의 주기적 어레이를 포함할 수 있다. 적어도 제 1 추가의 구현에서, 하나 또는 둘 이상의 위에 놓인 대상물들의 위치를 추정하기 위해 측정된 신호들을 분석하는 단계는, 측정된 하나 또는 둘 이상의 신호들에서 로컬 최대치(local maximum)의 위치를 식별하는 단계; 및 갭들 중 하나의 갭의 중심과 로컬 최대치의 위치를 통해 연장되는 투사(projection)에 기초하여, 하나 또는 둘 이상의 위에 놓인 대상물들 중 하나의 위치를 추정하는 단계를 포함할 수 있다. 적어도 제 2 추가의 구현에서, 하나 또는 둘 이상의 위에 놓인 대상물들의 위치를 추정하기 위해 측정된 신호들을 분석하는 단계는, 하나 또는 둘 이상의 위에 놓인 대상물들의 위치의 확률 맵(probability map)을 발생시키는 단계를 포함할 수 있다. 일부 구현들에서, 광-가이딩 층의 제 1 표면 위에 놓인 영역을 조명하는 단계는, 영역을 변조된 IR 광으로 조명하는 단계를 포함할 수 있다.
[0014] 본 개시내용에서 설명되는 본 청구 대상의 하나 또는 둘 이상의 구현들의 상세들은 첨부 도면들 및 아래의 설명에서 제시된다. 본 개시내용에서 제공되는 예들이 EMS 및 MEMS-기반 디스플레이들의 관점에서 주로 설명되지만, 본 명세서에서 제공되는 개념들은 액정 디스플레이들, 유기 발광 다이오드("OLED") 디스플레이들, 및 전계 방출 디스플레이들과 같은 다른 유형들의 디스플레이들에 적용될 수 있다. 다른 피쳐들, 양상들, 및 이점들은 설명, 도면들, 및 청구항들로부터 명백해질 것이다. 다음의 도면들의 상대적 치수들이 실척대로 도시되지 않았을 수 있음을 유의한다.
[0015] 도 1은 간섭계 변조기(IMOD) 디스플레이 디바이스의 디스플레이 엘리먼트들의 어레이 또는 시리즈의 2개의 인접한 IMOD 디스플레이 엘리먼트들을 도시하는 등각도 예시이다.
[0016] 도 2는 IMOD 디스플레이 엘리먼트들의 3개 엘리먼트 × 3개 엘리먼트 어레이를 포함하는 IMOD-기반 디스플레이를 포함하는 전자 디바이스를 예시하는 시스템 블록도이다.
[0017] 도 3은 디스플레이에 보충 조명을 제공하기 위해 프론트라이트 시스템을 포함하는 디스플레이 디바이스의 예의 단면도의 측단면을 도시한다.
[0018] 도 4는 하나 또는 둘 이상의 위에 놓인 대상물들을 검출하기 위해 이용될 수 있는 광학 센서 시스템의 예를 도시한다.
[0019] 도 5는 광학 센서 시스템의 다른 구현의 상부 평면도(top plan view)를 도시한다.
[0020] 도 6a는 도 5의 광학 센서 시스템의 구획 6의 상세 구획도이다.
[0021] 도 6b는 입사광의 로컬 최대량들의 측정들에 기초하여 위에 놓인 대상물의 위치를 추정하는 하나의 방법을 개략적으로 예시한다.
[0022] 도 7a는 광학 센서 시스템의 근접장 영역 내의 2개의 위에 놓인 대상물들을 나타내는 시뮬레이팅된 신호의 예를 도시한다.
[0023] 도 7b는 도 7a의 시뮬레이팅된 신호에 응답하여 광-가이딩 층으로 터닝되는 특정 광선들의 예를 도시한다.
[0024] 도 7c는 도 7a의 시뮬레이팅된 신호에 응답하여 센서 시스템의 일 측을 따르는 광 세기를 나타내는 플롯의 예를 도시한다.
[0025] 도 8a 및 도 8b는 스와이프 제스처(swipe gesture)를 감지하는 것의 구현을 도시한다.
[0026] 도 9는 프론트-릿 디바이스(front-lit device)와 함께 이용되는 광학 감지 시스템의 예를 도시한다.
[0027] 도 10은 근접장 광학 감지 시스템을 이용한 감지 방법을 예시하는 흐름도의 예를 도시한다.
[0028] 도 11a 및 도 11b는 복수의 IMOD 디스플레이 엘리먼트들을 포함하는 디스플레이 디바이스를 예시하는 시스템 블록도들이다.
[0029] 다양한 도면들에서 동일한 참조 번호들 및 지정들은 동일한 엘리먼트들을 나타낸다.
[0016] 도 2는 IMOD 디스플레이 엘리먼트들의 3개 엘리먼트 × 3개 엘리먼트 어레이를 포함하는 IMOD-기반 디스플레이를 포함하는 전자 디바이스를 예시하는 시스템 블록도이다.
[0017] 도 3은 디스플레이에 보충 조명을 제공하기 위해 프론트라이트 시스템을 포함하는 디스플레이 디바이스의 예의 단면도의 측단면을 도시한다.
[0018] 도 4는 하나 또는 둘 이상의 위에 놓인 대상물들을 검출하기 위해 이용될 수 있는 광학 센서 시스템의 예를 도시한다.
[0019] 도 5는 광학 센서 시스템의 다른 구현의 상부 평면도(top plan view)를 도시한다.
[0020] 도 6a는 도 5의 광학 센서 시스템의 구획 6의 상세 구획도이다.
[0021] 도 6b는 입사광의 로컬 최대량들의 측정들에 기초하여 위에 놓인 대상물의 위치를 추정하는 하나의 방법을 개략적으로 예시한다.
[0022] 도 7a는 광학 센서 시스템의 근접장 영역 내의 2개의 위에 놓인 대상물들을 나타내는 시뮬레이팅된 신호의 예를 도시한다.
[0023] 도 7b는 도 7a의 시뮬레이팅된 신호에 응답하여 광-가이딩 층으로 터닝되는 특정 광선들의 예를 도시한다.
[0024] 도 7c는 도 7a의 시뮬레이팅된 신호에 응답하여 센서 시스템의 일 측을 따르는 광 세기를 나타내는 플롯의 예를 도시한다.
[0025] 도 8a 및 도 8b는 스와이프 제스처(swipe gesture)를 감지하는 것의 구현을 도시한다.
[0026] 도 9는 프론트-릿 디바이스(front-lit device)와 함께 이용되는 광학 감지 시스템의 예를 도시한다.
[0027] 도 10은 근접장 광학 감지 시스템을 이용한 감지 방법을 예시하는 흐름도의 예를 도시한다.
[0028] 도 11a 및 도 11b는 복수의 IMOD 디스플레이 엘리먼트들을 포함하는 디스플레이 디바이스를 예시하는 시스템 블록도들이다.
[0029] 다양한 도면들에서 동일한 참조 번호들 및 지정들은 동일한 엘리먼트들을 나타낸다.
[0030] 다음의 설명은 본 개시내용의 혁신적인 양상들을 설명하는 목적들을 위한 특정 구현들에 관한 것이다. 그러나, 당업자는, 본 명세서의 교시들이 다수의 상이한 방식들로 적용될 수 있음을 용이하게 인식할 것이다. 설명되는 구현들은, 이미지를 모션으로든(이를테면, 비디오) 또는 정적으로든(이를테면, 스틸 이미지들), 그리고 텍스트적으로든(textual), 그래픽적으로든(graphical), 또는 그림적으로든(pictorial) 디스플레이하도록 구성될 수 있는 임의의 디바이스, 장치, 또는 시스템으로 구현될 수 있다. 더 구체적으로, 설명된 구현들은: 모바일 전화들, 멀티미디어 인터넷 인에이블된 셀룰러 전화들, 모바일 텔레비전 수신기들, 무선 디바이스들, 스마트폰들, 블루투스® 디바이스들, 개인 데이터 어시스턴트(PDA)들, 무선 전자 메일 수신기들, 핸드-헬드 또는 휴대용 컴퓨터들, 넷북들, 노트북들, 스마트북들, 태블릿들, 프린터들, 복사기들, 스캐너들, 팩시밀리 디바이스들, 글로벌 포지셔닝 시스템(GPS) 수신기들/내비게이터들, 카메라들, 디지털 미디어 플레이어들(이를테면, MP3 플레이어들), 캠코더들, 게임 콘솔들, 손목 시계들, 시계들, 계산기들, 텔레비전 모니터들, 플랫 패널 디스플레이들, 전자 판독 디바이스들(예를 들어, e-리더들), 컴퓨터 모니터들, 자동 디스플레이들(오도미터(odometer) 및 스피도미터(speedometer) 디스플레이들 등을 포함함), 조종실(cockpit) 제어부들 및/또는 디스플레이들, 카메라 뷰 디스플레이들(이를테면, 차량의 후방 카메라(rear view camera)의 디스플레이), 전자 사진들, 전자 게시판(billboard)들 또는 사인(sign)들, 프로젝터들, 아키텍처 구조들, 전자레인지(microwave)들, 냉장고들, 스테레오 시스템들, 카세트 레코더들 또는 플레이어들, DVD 플레이어들, CD 플레이어들, VCR들, 라디오들, 휴대용 메모리 칩들, 세탁기들, 건조기들, 세탁기/건조기들, 파킹 미터들, (이를테면, 마이크로전기기계적 시스템들(MEMS) 애플리케이션들을 포함하는 전기기계적 시스템들(EMS) 애플리케이션들뿐만 아니라 비-EMS 애플리케이션들에서의) 패키징, 심미적 구조(aesthetic structure)들(이를테면, 쥬얼리 또는 옷의 부분 상에서의 이미지들의 디스플레이) 및 다양한 EMS 디바이스들과 같은(그러나, 이에 한정되지 않음) 다양한 전자 디바이스들에 포함될 수 있거나 또는 이들과 연관될 수 있음이 고려된다. 본 명세서의 교시들은 또한, 전자 스위칭 디바이스들, 무선 주파수 필터들, 센서들, 가속도계들, 자이로스코프들, 모션-감지 디바이스들, 자력계들, 소비자 가전을 위한 관성 컴포넌트들, 소비자 가전 제품들의 부품들, 버랙터(varactor)들, 액정 디바이스들, 전기영동 디바이스들, 드라이브 방식들, 제조 프로세스들 및 전자 테스트 장비와 같은(그러나, 이에 한정되지 않음) 비-디스플레이 애플리케이션들에서 이용될 수 있다. 따라서, 본 교시들은 오로지 도면들에서 도시되는 구현들로 제한되도록 의도되는 것이 아니라, 대신에, 당업자에게 용이하게 명백할 바와 같은 넓은 적용가능성을 가진다.
[0031] 광학 감지 시스템 위에 놓인 "근접장(near-field)" 영역이, 이를테면 적외선(IR) 광으로 조명될 때, 근접장 영역 내의 임의의 대상물들에 반사된 IR 광은 시스템의 주변부 상의 광 센서들을 향해 터닝될 수 있다. 그 다음으로, 광 센서들로부터 측정된 신호들이, 근접장 영역 내의 위에 놓인 대상물(overlying object)들의 위치들을 식별하기 위해 분석될 수 있어서, 터치 및/또는 제스처 감지 시스템의 역할을 한다. 재지향된 광이 광 센서들에 도달하기 전에, 알려진 형상을 갖는 주기적 마스킹 구조를 통과할 때, 광 센서들 상에 입사하는 광은, 위에 놓인 대상물들을 식별하기 위해 측정된 광의 분석을 용이하게 하는 방식으로 수정될 것이다. 일부 구현들에서, 위에 놓인 대상물들의 위치들을 추정하기 위해 마스킹 구조의 갭들과 측정된 광의 로컬 최대치들 사이에서 백트랙킹 분석(backtracing analysis)이 수행될 수 있는 한편, 다른 구현들에서는 위에 놓인 대상물들의 위치들을 추정하기 위해 확률 맵이 발생될 수 있다.
[0032] 본 개시내용에서 설명되는 청구 대상의 특정 구현들은 다음의 잠재적 이점들 중 하나 또는 둘 이상을 실현하기 위해 구현될 수 있다. 스킨 접촉 또는 유사한 재료를 필요로 할 수 있는 용량성 터치 시스템들과 달리, 본 명세서에서 설명되는 광학 감지 시스템들은 특정 재료들, 또는 심지어 표면과의 접촉도 필요로 하지 않는다. IR 광이 이용될 때, 시스템은, 디바이스의 뷰잉을 방해하거나 디바이스의 모양(appearance)을 변경함이 없이, 뷰잉될 디스플레이 디바이스 또는 다른 대상물과 함께 이용될 수 있다. 시스템은 정밀한 터치 입력뿐만 아니라, 동일한 시스템 및 분석을 이용하여 핸드 스와이프들(hand swipes)과 같은 넓은 제스처(broad gesture)들을 검출할 수 있다. 다수의 별개의 위에 놓인 대상물들이 감지될 수 있기 때문에, 시스템은, 이를테면, 하나보다 많은 수의 손가락 또는 스타일러스(stylus)의 강건한 멀티-터치 제스처 감지를 허용한다.
[0033] 본 명세서에서 설명된 광학 감지 시스템들의 구현들이 디스플레이와 함께 이용될 필요는 없지만, 설명되는 구현들이 적용될 수 있는 적절한 EMS 또는 MEMS 디바이스 또는 장치의 하나의 특정한 예는 반사 디스플레이 디바이스이다. 반사 디스플레이 디바이스들은, 광학 간섭의 원리들을 이용하여, 간섭계 변조기(IMOD) 디스플레이 엘리먼트 상에 입사하는 광을 선택적으로 흡수 및/또는 반사하도록 구현될 수 있는 간섭계 변조기(IMOD) 디스플레이 엘리먼트를 포함할 수 있다. IMOD 디스플레이 엘리먼트들은 부분적 광학 흡수체(absorber), 흡수체에 관해 이동가능한 반사체(reflector), 및 흡수체와 반사체 사이에서 정의되는 광학 공진 공동(optical resonant cavity)을 포함할 수 있다. 일부 구현들에서, 반사체는 둘 또는 셋 이상의 상이한 포지션들로 이동될 수 있고, 이는 광학 공진 공동의 크기를 변경하고 이에 의해 IMOD의 반사율에 영향을 미칠 수 있다. IMOD 디스플레이 엘리먼트들의 반사율 스펙트럼들은, 상이한 색들을 발생시키기 위해 가시적 파장들에 걸쳐 시프트될 수 있는 상당히 넓은 스펙트럼 대역들을 생성할 수 있다. 스펙트럼 대역의 포지션은, 광학 공진 공동의 두께를 변경함으로써 조정될 수 있다. 광학 공진 공동을 변경하는 하나의 방식은, 흡수체에 관해 반사체의 포지션을 변경하는 것에 의해서이다.
[0034] 도 1은 간섭계 변조기(IMOD) 디스플레이 디바이스의 디스플레이 엘리먼트들의 어레이 또는 시리즈의 2개의 인접한 IMOD 디스플레이 엘리먼트들을 도시하는 등각도 예시이다. IMOD 디스플레이 디바이스는 하나 또는 둘 이상의 간섭계 EMS, 이를테면, MEMS 디스플레이 엘리먼트들을 포함한다. 이러한 디바이스들에서, 간섭계 MEMS 디스플레이 엘리먼트들은 밝은(bright) 상태 또는 어두운(dark) 상태로 구성될 수 있다. 밝은("릴렉스된(relaxed)", "개방된(open)" 또는 "온(on) 된" 등등의) 상태에서, 디스플레이 엘리먼트는 입사 가시 광의 많은 부분을 반사한다. 반대로, 어두운("작동된(actuated)", "폐쇄된(closed)" 또는 "오프(off) 된" 등등의) 상태에서, 디스플레이 엘리먼트는 입사 가시 광을 거의 반사하지 않는다. MEMS 디스플레이 엘리먼트들은, 흑색 및 백색에 부가하여 색 디스플레이를 허용하는 광의 특정한 파장들에서 주로 반사하도록 구성될 수 있다. 일부 구현들에서, 다수의 디스플레이 엘리먼트들을 이용함으로써, 회색 셰이드(shade)들 및 색 프라이머리들(color primaries)의 상이한 세기들이 달성될 수 있다.
[0035] IMOD 디스플레이 디바이스는, 로우(row)들 및 컬럼(column)들로 배열될 수 있는 IMOD 디스플레이 엘리먼트들의 어레이를 포함할 수 있다. 어레이의 각각의 디스플레이 엘리먼트는, (광학 갭, 공동 또는 광학 공진 공동으로 또한 지칭되는) 에어 갭을 형성하도록 서로로부터 가변적이고 제어가능한 거리에 포지셔닝된 이동가능 반사 층(즉, 기계적 층으로 또한 지칭되는 이동가능 층) 및 고정된 부분적 반사 층(즉, 정지 층)과 같은, 적어도 한 쌍의 반사 및 준-반사(semi-reflective) 층들을 포함할 수 있다. 이동가능 반사 층은 적어도 2개의 포지션들 사이에서 이동될 수 있다. 예를 들어, 제 1 포지션, 즉, 릴렉스된 포지션에서, 이동가능 반사 층은 고정된 부분적 반사 층으로부터 떨어진 거리에 포지셔닝될 수 있다. 제 2 포지션, 즉, 작동된 포지션에서, 이동가능 반사 층은 부분적 반사 층에 더 가까이 포지셔닝될 수 있다. 2개의 층들로부터 반사되는 입사광은, 이동가능 반사 층의 포지션 및 입사광의 파장(들)에 따라 건설적으로(constructively) 및/또는 파괴적으로(destructively) 간섭할 수 있어서, 각각의 디스플레이 엘리먼트에 대한 전체적 반사 또는 비-반사 상태를 생성한다. 일부 구현들에서, 디스플레이 엘리먼트는, 작동되지 않을 때 반사 상태일 수 있어서, 가시적 스펙트럼 내의 광을 반사하고, 그리고 작동될 때 어두운 상태일 수 있어서, 가시적 범위 내의 광을 흡수하고 그리고/또는 파괴적으로 간섭한다. 그러나, 일부 다른 구현들에서, IMOD 디스플레이 엘리먼트는 작동되지 않을 때 어두운 상태에 있을 수 있고, 작동될 때 반사 상태에 있을 수 있다. 일부 구현들에서, 인가된 전압의 유입은, 상태들을 변경하도록 디스플레이 엘리먼트들을 구동시킬 수 있다. 일부 다른 구현들에서, 인가된 전하는 상태들을 변경하도록 디스플레이 엘리먼트들을 구동시킬 수 있다.
[0036] 도 1의 어레이의 도시된 부분은 IMOD 디스플레이 엘리먼트들(12)의 형태의 2개의 인접한 간섭계 MEMS 디스플레이 엘리먼트들을 포함한다. (예시된 바와 같은) 우측 상의 디스플레이 엘리먼트(12)에서, 이동가능 반사 층(14)은 광학 스택(16)에 가까운, 인접한 또는 터치하는 작동된 포지션에 예시된다. 우측 상의 디스플레이 엘리먼트(12) 양단에 인가되는 전압(Vbias)은 이동가능 반사 층(14)을 작동된 포지션으로 이동시키고 그리고 또한, 작동된 포지션에 유지하기에 충분하다. (예시된 바와 같은) 좌측 상의 디스플레이 엘리먼트(12)에서, 이동가능 반사 층(14)은 부분적 반사 층을 포함하는 광학 스택(16)으로부터 떨어진 거리에(이는 설계 파라미터들에 기초하여 미리 결정될 수 있음) 릴렉스된 포지션에 예시된다. 좌측 상의 디스플레이 엘리먼트(12) 양단에 인가되는 전압(V0)은, 우측 상의 디스플레이 엘리먼트(12)의 작동된 포지션과 같은 작동된 포지션으로의 이동가능 반사 층(14)의 작동을 야기하기에는 불충분하다.
[0037] 도 1에서, IMOD 디스플레이 엘리먼트들 B의 반사 특성들은 일반적으로, IMOD 디스플레이 엘리먼트들(12) 상에 입사하는 광(13), 그리고 좌측 상의 디스플레이 엘리먼트(12)로부터 반사되는 광(15)을 표시하는 화살표들로 예시된다. 디스플레이 엘리먼트들(12) 상에 입사하는 광(13)의 대부분은 투명 기판(20)을 통해 투과되어 광학 스택(16)을 향할 수 있다. 광학 스택(16) 상에 입사하는 광의 일부는 광학 스택(16)의 부분적 반사 층을 통해 투과될 수 있고, 일부는 투명 기판(20)을 통해 다시(back) 반사될 것이다. 광학 스택(16)을 통해 투과되는 광(13)의 일부는 이동가능 반사 층(14)으로부터 반사되어, 다시 투명 기판(20)을 향할 수 (그리고 투명 기판(20)을 통과할 수) 있다. 광학 스택(16)의 부분적 반사 층으로부터 반사되는 광과 이동가능 반사 층(14)으로부터 반사되는 광 사이의 (건설적 및/또는 파괴적) 간섭은, 디바이스의 뷰잉 또는 기판 측 상의 디스플레이 엘리먼트(12)로부터 반사되는 광(15)의 파장(들)의 세기를 부분적으로 결정할 것이다. 일부 구현들에서, 투명 기판(20)은 유리 기판(때때로, 유리 플레이트 또는 패널로 지칭됨)일 수 있다. 유리 기판은 예를 들어, 붕규산 유리(borosilicate glass), 소다 석회 유리(soda lime glass), 석영, 파이렉스(Pyrex), 또는 다른 적절한 유리 재료로 이루어지거나 또는 이를 포함할 수 있다. 일부 구현들에서, 유리 기판은 0.3, 0.5 또는 0.7 밀리미터의 두께를 가질 수 있지만, 일부 구현들에서는, 유리 기판이 더 두껍거나(이를테면, 수십 밀리미터) 또는 더 얇을(이를테면, 0.3 밀리미터 미만) 수 있다. 일부 구현들에서, 폴리카보네이트, 아크릴, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET; polyethylene terephthalate) 또는 폴리에테르 에테르 케톤(PEEK; polyether ether ketone) 기판과 같은 비-유리 기판이 이용될 수 있다. 이러한 구현에서, 비-유리 기판은 0.7 밀리미터 미만의 두께를 가질 가능성이 있을 것이지만, 기판은 설계 고려들에 따라 더 두꺼울 수 있다. 일부 구현들에서, 금속 포일 또는 스테인리스 강-기반 기판과 같은 불투명(non-transparent) 기판이 이용될 수 있다. 예를 들어, 부분적으로 투과성이고 부분적으로 반사성인 이동가능 층 및 고정된 반사 층을 포함하는 역-IMOD-기반 디스플레이(reverse-IMOD-based display)는, 기판의, 도 1의 디스플레이 엘리먼트들(12) 반대 측으로부터 뷰잉되도록 구성될 수 있고, 불투명 기판에 의해 지지될 수 있다.
[0038] 광학 스택(16)은 단일 층 또는 여러 층들을 포함할 수 있다. 층(들)은 전극 층, 부분적 반사 및 부분적 투과성 층, 및 투명 유전체 층 중 하나 또는 둘 이상을 포함할 수 있다. 일부 구현들에서, 광학 스택(16)은 전기적으로 전도성이고, 부분적으로 투명하고 그리고 부분적으로 반사성이며, 예를 들어, 투명 기판(20) 상에 앞서의 층들 중 하나 또는 둘 이상을 증착함으로써 제조될 수 있다. 전극 층은, 다양한 금속들, 예를 들어, 인듐 주석 산화물(ITO)과 같은 다양한 재료들로 형성될 수 있다. 부분적 반사 층은, 다양한 금속들(예를 들어, 크롬 및/또는 몰리브덴), 반도체들, 및 유전체들과 같은, 부분적으로 반사성인 다양한 재료들로 형성될 수 있다. 부분적 반사 층은 재료들의 하나 또는 둘 이상의 층들로 형성될 수 있고, 층들 각각은 단일 재료 또는 재료들의 조합으로 형성될 수 있다. 일부 구현들에서, 광학 스택(16)의 특정 부분들은, 부분적 광학 흡수체 및 전기 전도체 양쪽 모두의 역할을 하는 금속 또는 반도체의 단일 반투명 두께(semi-transparent thickness)를 포함할 수 있는 한편, (예를 들어, 광학 스택(16)의 또는 디스플레이 엘리먼트의 다른 구조들의) 상이한 전기적으로 더 전도성인 층들 또는 부분들은 IMOD 디스플레이 엘리먼트들 사이에서 신호들을 버싱(bus)하는 역할을 할 수 있다. 광학 스택(16)은 또한, 하나 또는 둘 이상의 전도성 층들 또는 전기 전도성/부분적 흡수성 층을 커버하는 하나 또는 둘 이상의 절연 또는 유전체 층들을 포함할 수 있다.
[0039] 일부 구현들에서, 광학 스택(16)의 층(들) 중 적어도 일부는 병렬 스트립들로 패터닝될 수 있고, 아래에 추가로 설명되는 바와 같이 디스플레이 디바이스에 로우 전극(row electrode)들을 형성할 수 있다. 당업자에 의해 이해될 바와 같이, "패터닝되는"이라는 용어는 본 명세서에서, 마스킹뿐만 아니라 에칭 프로세스들을 나타내기 위해 이용된다. 일부 구현들에서, 알루미늄(Al)과 같은 매우 전도성이고 반사성인 재료가 이동가능 반사 층(14)을 위해 이용될 수 있고, 이러한 스트립들은 디스플레이 디바이스에 컬럼 전극(column electrode)들을 형성할 수 있다. 이동가능 반사 층(14)은, 예시된 포스트(post)들(18)과 같은 지지부들의 최상부 상에 증착되는 컬럼들, 및 포스트들(18) 사이에 로케이팅되는 중간 희생 재료(intervening sacrificial material)를 형성하기 위해 증착되는 금속 층 또는 층들의 병렬 스트립들의 시리즈(광학 스택(16)의 로우 전극들에 직교함)로서 형성될 수 있다. 희생 재료가 에칭될 때, 정의된 갭(19) 또는 광학 공동이 이동가능 반사 층(14)과 광학 스택(16) 사이에 형성될 수 있다. 일부 구현들에서, 포스트들(18) 사이의 간격은 대략 1 내지 1000㎛일 수 있는 한편, 갭(19)은 대략 10,000 옹스트롬(Å) 미만일 수 있다.
[0040] 일부 구현들에서, 각각의 IMOD 디스플레이 엘리먼트는, 작동된 상태에 있든 또는 릴렉스된 상태에 있든, 고정된 반사 층 및 이동하는 반사 층에 의해 형성되는 커패시터로서 고려될 수 있다. 어떠한 전압도 인가되지 않는 경우, 이동가능 반사 층(14)은, 도 1의 좌측 상에 디스플레이 엘리먼트(12)에 의해 예시된 바와 같이, 이동가능 반사 층(14)과 광학 스택(16) 사이의 갭(19)을 가지고, 기계적으로 릴렉스된 상태로 유지된다. 그러나, 전위차, 즉, 전압이, 선택된 로우 및 컬럼 중 적어도 하나에 인가되는 경우, 대응하는 디스플레이 엘리먼트에서 로우 및 컬럼 전극들의 교차점에 형성된 커패시터가 충전되고, 정전기력(electrostatic force)들이 전극들을 함께 끌어당긴다. 인가된 전압이 임계치를 초과하는 경우, 이동가능 반사 층(14)은 변형(deform)되어, 광학 스택(16) 근처로 또는 광학 스택(16)에 맞닿게 이동할 수 있다. 도 1의 우측 상에 작동된 디스플레이 엘리먼트(12)에 의해 예시된 바와 같이, 광학 스택(16) 내의 유전체 층(도시되지 않음)은 층들(14 및 16) 사이의 단락을 방지하고 층들(14 및 16) 사이의 분리 거리를 제어할 수 있다. 그 거동은, 인가된 전위차의 극성과는 무관하게 동일할 수 있다. 어레이 내의 디스플레이 엘리먼트들의 시리즈가 일부 경우들에서 "로우들" 또는 "컬럼들"로서 지칭될 수 있지만, 당업자는 한 방향을 "로우"로 그리고 다른 방향을 "컬럼"으로 지칭하는 것이 임의적이라는 것을 용이하게 이해할 것이다. 다시 말해, 일부 배향들에서, 로우들은 컬럼들로 간주될 수 있고, 컬럼들은 로우들로 간주될 수 있다. 일부 구현들에서, 로우들은 "컬럼" 라인들로 지칭될 수 있고, 컬럼들은 "세그먼트" 라인들로 지칭될 수 있거나, 또는 그 반대도 가능하다. 더욱이, 디스플레이 엘리먼트들은 직교하는 로우들 및 컬럼들("어레이")로 균등하게 배열되거나, 또는 예를 들어, 서로에 대해 특정한 위치적 오프셋들을 가지는 비-선형 구성들("모자이크(mosaic)")로 배열될 수 있다. "어레이" 및 "모자이크"라는 용어들은 어느 하나의 구성을 나타낼 수 있다. 따라서, 디스플레이가 "어레이" 또는 "모자이크"를 포함하는 것으로서 나타날지라도, 어느 경우에서든, 엘리먼트들 자체는 서로 직교적으로 배열되거나 또는 균등한 분포로 배치될 필요가 없지만, 비대칭적 형상들 및 불균등하게 분포된 엘리먼트들을 갖는 배열들을 포함할 수 있다.
[0041] 도 2는 IMOD 디스플레이 엘리먼트들의 3개 엘리먼트 × 3개 엘리먼트 어레이를 포함하는 IMOD-기반 디스플레이를 포함하는 전자 디바이스를 예시하는 시스템 블록도이다. 전자 디바이스는 하나 또는 둘 이상의 소프트웨어 모듈들을 실행하도록 구성될 수 있는 프로세서(21)를 포함한다. 운영 체제의 실행에 부가하여, 프로세서(21)는, 웹 브라우저, 전화 애플리케이션, 이메일 프로그램, 또는 임의의 다른 소프트웨어 애플리케이션을 포함하는 하나 또는 이상의 소프트웨어 애플리케이션들을 실행하도록 구성될 수 있다.
[0042] 프로세서(21)는 어레이 드라이버(22)와 통신하도록 구성될 수 있다. 어레이 드라이버(22)는 예를 들어, 디스플레이 어레이 또는 패널(30)에 신호들을 제공하는 로우 드라이버 회로(24) 및 컬럼 드라이버 회로(26)를 포함할 수 있다. 도 1에 예시된 IMOD 디스플레이 디바이스의 단면이 도 2의 라인들 1-1에 의해 도시된다. 도 2가 명료함을 위해 IMOD 디스플레이 엘리먼트들의 3×3 어레이를 예시하지만, 디스플레이 어레이(30)는 매우 많은 수의 IMOD 디스플레이 엘리먼트들을 포함할 수 있고, 컬럼들 내에서와는 상이한 개수의 IMOD 디스플레이 엘리먼트들을 로우들 내에 가질 수 있고, 그리고 그 반대도 가능하다.
[0043] 특정 구현들에서, 간섭계 변조기들과 같은 전기기계적 시스템(EMS) 디바이스들은, 디스플레이 디바이스의 조명을 보충 또는 조명하기 위한 보충 조명 시스템들을 포함하는 다른 디바이스들 또는 디스플레이 디바이스들에 포함될 수 있다. 일부 구현들에서, 간섭계 변조기-기반 디스플레이와 같은 반사 디스플레이가 주변 광에서 가시적일 수 있지만, 반사 디스플레이들의 일부 특정 구현들은 프론트라이트 시스템의 형태의 보충 조명을 포함할 수 있다.
[0044] 일부 구현들에서, 프론트라이트 시스템은 하나 또는 둘 이상의 광-가이딩 필름들 또는 층들 ― 이들을 통해 광이 전파될 수 있음 ―, 및 광-가이딩 필름들로부터의 광을 지향시키기 위한 하나 또는 둘 이상의 광-터닝 피쳐들을 포함할 수 있다. 광은 광-가이딩 층으로 주입될 수 있고, 광-터닝 피쳐들은 광-가이딩 층 내의 광을 반사 디스플레이를 향해 그리고 다시(back) 광-가이딩 층을 통과해 뷰어를 향해 반사하기 위해 이용될 수 있다. 광이 광-터닝 피쳐에 도달할 때까지, 주입된 광은, 주변 층들의 굴절률보다 더 큰 굴절률을 갖는 광-가이딩 층을 위한 재료의 선택으로 인해, 내부 전반사(total internal reflection)에 의해 광-가이딩 층 내에서 전파될 수 있다. 따라서, 이러한 프론트라이트 필름은, 조명 광원이, 디스플레이 그 자체로부터 오프셋된 위치에, 이를테면, 프론트라이트 필름의 에지들 중 하나에 포지셔닝되도록 허용한다.
[0045] 도 3은 디스플레이에 보충 조명을 제공하기 위해 프론트라이트 시스템을 포함하는 디스플레이 디바이스의 예의 단면도의 측단면을 도시한다. 디스플레이 디바이스(100)는 기판(102)에 의해 지지되는 반사 디스플레이(104), 및 반사 디스플레이(104) 위에 놓인 프론트라이트 시스템(106)을 포함한다. 예시된 구현에서 커버 층(108)이 프론트라이트 시스템(106) 위에 놓이지만, 다른 구현들에서는, 도 3에 구체적으로 예시되지 않은 부가적인 구조적 및 접착 층들이 또한 포함될 수 있다.
[0046] 프론트라이트 시스템(106)은, 앞서 논의된 바와 같이 주변 층들의 굴절률보다 더 큰 굴절률을 가질 수 있는 광-가이딩 층(110)을 포함한다. 광-가이딩 층(110)은 또한, 광-가이딩 층(110)의 상부 표면(112) 및 하부 표면(114)에 각을 이루어 배향되는 반사 표면들(122)을 포함하는 광-가이딩 층(110)의 상부 표면(112)을 따라 배치된 복수의 광-터닝 피쳐들(120)을 포함할 수 있다. 프론트라이트 시스템(106)은 또한, 광-가이딩 필름(110)의 에지(116)에 인접하게 배치된 LED(130)와 같은 하나 또는 둘 이상의 광원들을 포함한다.
[0047] LED(130)는 광(132)을 광-가이딩 필름(110)에 주입하고, 광은 도시된 바와 같이, 광이 광-터닝 피쳐(120)를 스트라이크(strike)할 때까지 내부 전반사에 의해 전파된다. 광-터닝 피쳐에 반사된 광(134)은 반사 디스플레이(104)를 향해 하향으로 터닝된다. 광(134)이 광-가이딩 층(110)의 하부 표면(114)의 법선(normal)에 충분히 가까운 각도로 반사되는 경우, 광(134)은, 다시 광-가이딩 층(110)으로 반사됨이 없이 광-가이딩 층(110)의 하부 표면(114)을 통과한다. 광(134)은 반사 디스플레이(104) 쪽으로 아래로 이동되고, 반사 디스플레이에 반사된 광(136)은 기판(102), 프론트라이트 시스템(106), 및 커버 층(108)을 통해 상향으로 그리고 뷰어(도시되지 않음) 앞으로 전달된다.
[0048] 따라서, 프론트라이트 시스템(106)은 광-가이딩 층 내에서 전파되는 광을 반사 디스플레이(104) 쪽으로 외부로 지향시킨다. 다른 구현들에서, 디스플레이 디바이스 또는 다른 층 상에 입사하는 광을 수집하여, 그 광을 센서 시스템의 일부로서의 광 센서들을 향해 지향시키기 위해 유사한 구조가 이용될 수 있다.
[0049] 도 4는 하나 또는 둘 이상의 위에 놓인 대상물들을 검출하기 위해 이용될 수 있는 광학 센서 시스템의 예를 도시한다. 센서 시스템(200)은 광-수집 시스템(206) 아래에 놓인 광원(230)을 포함한다. 일부 구현들에서, 광원(230)은 적외선(IR) 광원을 포함할 수 있어서, 광원(230)으로부터의 광의 방출은 센서 시스템(200)의 모양(appearance)과 간섭하지 않는다. 일구 구현들에서, 광원(230)은 평면형 광원 또는 다르게는 확산형일 수 있어서, 광이 시스템(200)에 걸쳐 균등하게 방출되는 한편, 도시되지 않은 다른 구현들에서, 광원(230)은 IR 발광 다이오드(LED)들과 같은 하나 또는 둘 이상의 별개의 광원들을 포함할 수 있다. 그러므로, 시스템(200) 위에 놓인 근접장 구역은 IR 광과 같은 광으로 조명된다. 본 명세서에서 대안적으로 근접장 영역으로 지칭되지만, 근접장 구역은 수직 컴포넌트를 가질 뿐만 아니라 시스템(200) 위에 놓인 부피 공간(volume of space)을 포함한다.
[0050] 광-수집 시스템(206)은, 광-터닝 구조들(220)의 배향이 도 3의 프론트라이트 시스템(106)의 광-터닝 구조들(120)의 배향 반대편인 것을 제외하고는, 프론트라이트 시스템(106)과 유사하다. 특히, 광-터닝 구조들(220)은, 상부 표면(212) 상에 배치되기보다는, 광-가이딩 층(210)의 하부 표면(214) 상에 배치된다. 광-터닝 구조들(220)은, 입사 광을 광-가이딩 층(210)의 에지들(216)에 로케이팅된 하나 또는 둘 이상의 광 센서들(240)을 향해 터닝시키도록 구성된다. 일부 구현들에서, 광 센서들(240)의 선형 어레이들은 광-가이딩 층(210)의 각각의 에지(216)를 따라 배치된다.
[0051] 광원(230)으로부터 방출되는 광(232)은 광-수집 시스템(206)을 통해 상향으로 전달되고, 여기서 위에 놓인 대상물(290)을 스트라이크하며, 위에 놓인 대상물(290)은 예를 들어, 스타일러스, 또는 손가락 끝부분(fingertip)과 같은 사용자의 손의 일부일 수 있다. 그 다음으로, 위에 놓인 대상물(290)에 반사된 광(234)은 하향으로 그리고 다시 광-수집 시스템(206)으로 반사되어, 광-가이딩 층(210)의 상부 표면(212)을 통과하고, 여기서 광(234)의 일부는 광-터닝 구조들(220)을 스트라이크한다. 광-가이딩 필름(210)의 상부 및 하부 표면들(212 및 214)에 관해 충분히 완만한 각도로 광-터닝 구조들(220)에 반사된 광(236)은, 그 광(236)이, 광-가이딩 필름(210)의 에지들(216)을 따라 배치된 광 센서들(240)에 도달할 때까지, 광-가이딩 필름(210) 내에서 전파될 것이다.
[0052] 별개로 뷰잉가능한 광-터닝 구조들(220)을 갖는 것으로 개략적으로 예시되지만, 광-수집 시스템(206)은 훨씬 더 많은 수의 매우 작은 광 터닝 구조들(220)을 포함할 수 있으며, 그러한 광-터닝 구조들은, 이들이 뷰어에 의해 개별적으로 구분가능하지 않게 충분히 작을 수 있다. 이러한 광-터닝 구조들(220)의 수, 크기, 및 밀도는, 아래에서 더 상세하게 논의되는 바와 같이, 특정 애플리케이션에 따라 변화될 수 있다. 부가하여, 도 4 및 도면들 전체에 걸쳐 다른 곳에서, 일반적으로 절단원뿔형(frustroconical)인 것으로 예시되지만, 원뿔 형상들, 사각 피라미드들, 또는 다른 피라미드 형상들을 포함하는(그러나, 이에 한정되지 않음) 다른 형상들의 광-터닝 구조들(220)이 또한 이용될 수 있다.
[0053] 도 5는 광학 센서 시스템의 다른 구현의 상부 평면도를 도시한다. 도 4의 광학 센서 시스템(200) 같이, 광학 센서 시스템(300)은, 광-가이딩 필름(310)에 인접한 또는 광-가이딩 필름(310)으로 연장되는 복수의 광-터닝 구조들(320)을 갖는 광-가이딩 필름(310), 광-가이딩 필름(310)의 각각의 에지(316)에 인접하여 로케이팅된 복수의 센서 어레이들(342)을 포함한다. 또한, 도 5에서 별개로 뷰잉가능한 구조들로서 개략적으로 예시되지만, 많은 구현들은, 도 5의 개략적 묘사들보다 훨씬 더 작을 수 있는 매우 더 많은 광-터닝 구조들(320)을 포함할 것이다. 평면형 IR 광원과 같은 광원(도시되지 않음)이 또한, 광학 센서 시스템(300) 위에 놓인 영역을 조명하기 위해 포함될 수 있다.
[0054] 예시된 구현에서, 센서 어레이들(342)은 광 센서들(340)의 선형 어레이들을 포함한다. 특정 구현들에서, 이러한 광 센서들(340)은 IR 센서들일 수 있지만, 다른 구현들에서, 광 센서들(340)은 적어도 부분적으로, 가시광 또는 다른 비-IR 라디에이션을 또한 감지할 수 있다.
[0055] 광학 센서 시스템(300)은 또한, 광-가이딩 층(310)과 센서 어레이들(342) 사이에 마스크(350)를 포함한다. 예시된 구현에서, 마스크(350)는, 서로 규칙적으로 이격된 개별 마스킹 구조들(352)의 선형 어레이들로 형성된다. 아래에서 더 상세하게 논의되는 바와 같이, 마스크(350)의 포함은, 광을 다시 광-가이딩 층(310)으로 반사하는, 위에 놓인 대상물들의 위치 또는 위치들의 식별을 촉진한다.
[0056] 구역(390) 위에 놓인 대상물은, 대부분의 반사된 광을 수신하는 구역(390)에 가장 가까운 광-터닝 피쳐들(320)의 어레이의 영역들을 가진, 광-터닝 피쳐들(320)의 어레이를 향해 광을 다시 반사할 것이다. 그 다음으로, 광-터닝 피쳐들(320)은, 그 반사된 광의 일부를 광-가이딩 층(310)으로 터닝시키고, 그 광의 일부는, 그것이 광-가이딩 층(310)의 에지(316)에 도달할 때까지 내부 전반사를 통해 전파될 것이다. 구역(390) 내의 또는 구역(390)에 인접한 광-터닝 구조들(320)은 위에 놓인 대상물로부터 더 큰 세기의 반사된 광을 수신할 뿐만 아니라, 그 반사된 광은 또한, 광-터닝 층(310)의 상부 및 하부 표면들(312 및 314)의 법선에 더 가까운 각도로 광-터닝 구조들(320) 상에 입사될 것이다. 법선에 더 가까운 각도로 입사하는 광은, 터닝된 광이 내부 전반사를 통해 계속 전파될 각도로 터닝될 가능성이 더 높을 것이다. 이러한 터닝된 광이, 다양한 광 터닝 피쳐들(320)로부터 모든 방향들로 전파될 것이지만, 이러한 영향들의 조합은, 더 많은 이러한 터닝된 광이, 구역(390)으로부터 떨어져 로케이팅된 광 터닝 피쳐들(320)로부터 보다는, 위에 놓인 대상물 아래의 구역(390) 내의 또는 그 구역(390)에 인접한 광 터닝 피쳐들(320)로부터 비롯되는 것으로 보이게 할 것이다.
[0057] 마스킹 구조들(352)에 의해 블록킹되지 않는 광-가이딩 층(310) 내에서 전파되는 광은, 광 센서 어레이들(342)에 도달하여, 어레이들(342)의 각각의 광 센서(340)에 의해 수신되는 광의 세기를 나타내는 신호들을 발생시킬 것이다. 일부 구현들에서, 이러한 신호들은, 어레이(342)의 길이를 따라 포지션의 함수로서, 수신된 광의 세기를 표시하는 합성 신호 또는 플롯으로 조합될 수 있다.
[0058] 광 센서 어레이들(342) 상에 입사하는 광이 또한, 주변 컨디션들의 함수일 것이기 때문에, 일부 구현들에서, 광원은 주변 라디에이션의 영향들을 보상 또는 정정하기 위해 변조될 수 있다. 예를 들어, IR 광원은, 근접장 구역을 IR 광으로 지속적으로 조명하기보다는, IR 광원을 주기적으로 스트로빙(strobing)함으로써 변조될 수 있다. 전력 소비를 감소시키는 것에 부가하여, IR 광원을 스트로빙하는 것은, 측정 정확도를 개선하고 주변 IR 광의 영향을 보상하기 위해 이용될 수 있다. 일 구현에서, 광 센서 어레이들(342)로부터의 측정들은, IR 광원이 활성이고 근접장 영역을 조명할 때 그리고 IR 광원이 오프되고 근접장 영역을 조명하지 않을 때의 양쪽 모두에서 이루어질 수 있다. 이러한 측정들이 교번하는 방식으로 이루어지는 경우, 활성 IR 조명을 이용하지 않는 측정은, 주변 IR 라디에이션의 표시를 제공하기 위해 이용되고 그리고 IR 조명이 활성일 때 이루어진 측정들을 정정하기 위해 이용될 수 있다. 그렇게 함으로써, IR 조명이 활성일 때 이루어진 정정된 측정들이, 활성 IR 조명에 대한 응답을 더 잘 반영할 수 있고, 임의의 위에 놓인 대상물들의 위치의 더 양호한 추정을 제공할 수 있다. 다른 구현들에서, IR 광원은 전력을 감소시키기 위해서만 스토로빙될 수 있고, 광 센서 어레이들(342)로부터의 측정들은, IR 조명이 활성일 때에만 이루어질 수 있다.
[0059] 도 6a는 도 5의 광학 센서 시스템의 구획 6의 상세 구획도이다. 명료성을 위해, 개개의 광-터닝 구조들(320)(도 5 참조)은 도 6a에 도시되지 않는다. 앞서 논의된 바와 같이, 광-터닝 층(310) 내에서 전파되는 터닝된 광은, 위에 놓인 반사 대상물 아래의 구역(390)으로부터 주로 비롯되는 것으로 보일 것이다. 센서 어레이들(342)에 도달하는 광은 구역(390)으로부터 연장되는 광 아크(light arc)들(346)로서 개략적으로 예시된다. 마스킹 구조들(352)에 의해 구역(390)의 뷰로부터 차폐된 센서들(340)에 의해 수신되는 광의 양은 제로가 아닐 것이지만, 구역(390)의 외부에 로케이팅된 광-터닝 피쳐들에 의해 터닝된 광뿐만 아니라 주변 입사 라디에이션의 영향들로 인해, 뷰로부터 차폐되지 않은 센서들(340)에 의해 수신되는 양보다는 적을 것이다.
[0060] 특정 센서들(340a)에 대해, 수신되는 광은 로컬 최대치일 것이며, 여기서 어느 한 측 상의 인접한 센서들에 의해 수신되는 광은, 로컬 최대치 센서들(340a)에 의해 수신되는 광보다 적을 것이다. 단일의 위에 놓인 대상물이 광-터닝 구조들의 어레이를 향해 광을 반사할 때, 로컬 최대치들의 수는 마스킹 구조들(354) 사이의 갭들(354)의 수와 동등하거나 또는 그 미만일 수 있는데, 그 이유는 코너 가까이의 갭들(354)에 의해 야기된 일부 로컬 최대치들이 센서 어레이(342)의 범위 밖에 있을 수 있기 때문이다.
[0061] 도 6b는 입사광의 로컬 최대량들의 측정들에 기초하여 위에 놓인 대상물의 위치를 추정하는 하나의 방법을 개략적으로 예시한다. 예시된 구현에서, 위에 놓인 대상물의 포지션의 표시는, 로컬 최대치가 측정되는 광 센서(340a), 그리고 마스킹 구조들(352) 사이의 인접한 갭(354)의 중심(356)을 통해 연장되는 라인(344)을 따르는 것으로 추정될 수 있다. 다른 로컬 최대치 센서들(340a)로부터 도출된 추정치들과 조합될 때, 위에 놓인 대상물의 위치의 표시가 이러한 라인들(344)의 수렴(convergence)에 의해 제공될 수 있다.
[0062] 이러한 추정치의 정확도는, 로컬 최대치의 위치를 더 정확하게 식별하기 위해 어레이들(342) 내의 센서들(340)의 수를 증가시킴으로써 증가될 수 있다. 부가하여, 마스크(350)의 갭들(354)의 수를 증가시키는 것은, 수렴되는 라인(converging line)들의 수를 증가시킬 수 있는데, 이는 일부 구현들에서 추정의 정확도를 증가시킬 수 있다. 부가하여, 마스크(350)와 센서 어레이들(342) 사이의 오프셋을 증가시키는 것은, 일부 구현들에서 추정의 정확도를 증가시킬 수 있다.
[0063] 마스크(350)와 센서 어레이들(342) 사이의 오프셋에 따라, 로컬 최대치 센서들(340a)은 자신들의 연관된 갭(354)으로부터, 갭(354)의 길이만큼 또는 그보다 많이 오프셋될 수 있다. 이러한 오프셋을 고려하는 하나의 방법은, 각각의 센서 어레이(342)를 따라 전체적 최대치를 식별하고 센서를 인접한 갭(354)과 연관시키는 것인데, 그 이유는 전체적 최대치가, 위에 놓인 대상물에 대해 센서 어레이(342) 상에서 가장 가까운 부분에 대응할 수 있기 때문이다. 그 다음으로, 인접한 로컬 최대치들은 다음번 인접한 갭들(354)과 연관될 수 있고, 로컬 최대치 센서들(340a) 모두가 각각의 갭(354)과 순서대로 연관될 때까지 진행될 수 있다.
[0064] 단순화를 위해, 앞서의 절차들은, 광 터닝 구조들(320)의 어레이를 향해 광을 반사하는 단지 단일의 위에 놓인 대상물만이 존재하는 구현에 관하여 설명된다. 다수의 위에 놓인 대상물들이 광을 광-터닝 구조들의 어레이를 향해 하향으로 반사하는 경우, 2개의 상이한 위에 놓인 대상물들로부터 초래되는 로컬 최대치들 중 일부가 오버랩하거나 또는 이들이 개별적으로 구분될 수 없을 만큼 충분히 가까울 수 있지만, 갭들의 수에, 위에 놓인 대상물들의 수를 곱한 만큼 많은 로컬 최대치들이 존재할 수 있다. 로컬 최대치들의 수 및 이들 사이의 간격의 분석은, 위에 놓인 대상물들의 수 및 위치를 식별하기 위해 이용될 수 있는데, 그 이유는 규칙적으로 이격된 마스크(350)가 이용될 때 대상물로부터의 거리가 증가됨에 따라, 특정한 위에 놓인 대상물에 기인하는 로컬 최대치들 사이의 간격이 증가될 것이기 때문이다. 이러한 분석은, 인접한 로컬 최대치들을 더 양호하게 구분하도록 그리고 그러한 로컬 최대치들의 위치를 증가된 정밀도로 식별하도록, 센서 어레이들(342)의 증가된 해상도에 의해 촉진될 수 있다.
[0065] 도 7a는 광학 센서 시스템의 근접장 영역 내의 2개의 위에 놓인 대상물들을 나타내는 시뮬레이팅된 신호의 예를 도시한다. 도 6a 및 도 6b의 단일의 위에 놓인 대상물(390)과 대조적으로, 도 7a의 시뮬레이팅된 신호는 2개의 위에 놓인 대상물들(390a 및 390b)을 포함한다. 일부 구현들에서, 위에 놓인 대상물들(390a 및 390b)은 사용자의 손가락 끝부분들에 대응할 수 있지만, 광학 센서 시스템 위에 놓인 근접장 구역을 조명하는 IR 광과 같은 광을 반사할 수 있는 임의의 다른 대상물을 포함할 수 있다.
[0066] 도 7b는 도 7a의 시뮬레이팅된 신호에 응답하여 광-가이딩 층으로 터닝되는 특정 광선들의 예를 도시한다. 명료함을 위해 광선들의 단지 일부만이 도 7b에 도시되지만, 광이, 위에 놓인 대상물(390a 및 390b)(도 7a 참조)에 의해 반사되고, 광-가이딩 층 내의 (각각 도 7a의 대상물들(390a 및 390b) 아래에 놓인) 위치들(394a 및 394b)에서 광원과 유사하게 기능하는 광-터닝 피쳐들의 이용을 통해 광-가이딩 층으로 터닝되어, 그러한 위치들(394a 및 394b)로부터 모든 방향들로 광이 확산되는 것이 확인될 수 있다. 그러나, 다른 구현들에서, 더 많은 방향성의 광-터닝 피쳐들이 이용될 수 있고, 이는 광이 광-가이딩 층으로 터닝되는 방향을 제약할 수 있다. 위에 놓인 대상물과 광-가이딩 층 사이의 간격이 증가됨에 따라, 위치들(394a 및 394b)에서의 유효 광원들의 크기가 증가되고 그들의 상대적 세기가 감소될 수 있다.
[0067] 도 7c는 도 7a의 시뮬레이팅된 신호에 응답하여 센서 시스템의 일 측을 따르는 광 세기를 나타내는 플롯의 예를 도시한다. 특히, 도 7c의 플롯은, 도 7a의 시뮬레이팅된 신호에 의해 조명되는 광학 감지 시스템의 좌측을 따르는 위치의 함수로서 광 세기(또는 광 세기를 나타내는 신호의 매그니튜드(magnitude))를 예시한다. 도 7a에 도시된 축에서 확인될 수 있는 바와 같이, 도 7c의 플롯에서, 위치 0은 광학 감지 시스템의 하부 좌측 코너에 대응하고, 위치 1200은 광학 감지 시스템의 상부 좌측 코너에 대응한다. 도 7c의 플롯은, 도 6b에 관하여 앞서 설명된 바와 같이, 위에 놓인 대상물들(390a 및 390b) 각각으로부터 초래되는 로컬 최대치들에 대응하는 세기 피크들의 2개의 다소 오프셋된 시리즈를 포함한다. 피크들의 제 1 시리즈는 348b에서 전체적 최대치를 가지며, 이는, 위에 놓인 대상물(390b)이, 로컬 최대치를 측정하는 피크들의 제 1 시리즈의 다른 센서들 중 임의의 것보다 전체적 최대치(348b)를 측정하는 센서에 더 가까움을 나타낸다. 유사하게, 피크들의 제 2 시리즈는 348a에서 전체적 최대치를 가지며, 이는, 위에 놓인 대상물(390a)이, 로컬 최대치를 측정하는 피크들의 제 1 시리즈의 다른 센서들 중 임의의 것보다 전체적 최대치(348a)를 측정하는 센서에 더 가까움을 나타낸다.
[0068] 도 7c에서 확인될 수 있는 바와 같이, 광학 센서 시스템의 좌측을 따르는 센서 어레이의 센서들의 수는, 각각, 위에 놓인 대상물들 각각으로부터 반사된 광에 대응하는 피크들의 2개의 세트들 사이를 구분하기에 충분한 해상도를 제공한다. 일부 피크 오버랩이 존재할지라도, 측정들은 광학 센서 시스템의 각각의 측을 따라 취해질 수 있고, 시스템의 반대측(이 경우에서는, 우측)을 따라 측정된 신호는 시스템의 좌측을 따라 취해진 측정들로부터 용이하게 이용가능하지 않은 부가적인 정보를 제공할 수 있다. 광학 센서 시스템의 상부 및 하부를 따라 취해진 측정들은, 시스템의 상부 및 하부와 평행한 축을 따라, 위에 놓인 대상물들(390a 및 390b)의 위치의 표시를 제공하기 위해, 유사하게 분석될 수 있다.
[0069] 로컬 최대치들의 시리즈 내의 전체적 최대치에 부가하여, 측정된 신호들에 대해 다른 분석들이 수행될 수 있다. 예를 들어, 전체적 최대치(348a)가 전체적 최대치(348b)보다 더 크다는 것이 확인될 수 있는데, 이는, 대상물(390a)이 대상물(390b)보다 광학 센서 시스템의 좌측에 더 가깝거나 또는 광학 센서 시스템의 표면에 더 가까워서, 반사된 광의 증가된 세기를 초래함을 표시할 수 있다. 디스플레이의 상부 또는 하부에 평행한 축을 따른 그들의 추정된 위치들과 함께, 시스템의 다른 측들을 따라 상대적 세기들이 비교될 때, 어느 대상물(390a 또는 390b)이 광학 센서 시스템의 표면에 더 가까운지의 표시를 제공하기 위해, 상대적 세기들이 비교될 수 있다.
[0070] 부가하여, 센서 어레이 상에 입사하는 광의 소스들의 표시를 제공하기 위해 그리고 언제 상이한 광원들로부터의 다수의 피크들이 개별적으로 분석되기에 서로 너무 가까운지를 식별하기 위해, 측정된 피크들 사이의 간격은 마스킹 엘리먼트들 사이의 알려진 간격과 비교될 수 있다. 예를 들어, 피크들 사이의 간격이 마스킹 엘리먼트들 사이의 간격과 대략적으로 동일할 때, 광원은 센서 어레이의 그러한 부분과 대략적으로 평행하고, 센서 어레이를 따라 거리가 증가됨에 따라 간격이 증가되고 광원으로부터 멀어질 것이다.
[0071] 다른 구현들에서, 센서 어레이로부터 수신된 신호들을 분석하기 위해 그리고 터닝된 광의 명백한 소스들을 재구성하기 위해, 재구성 알고리즘이 이용될 수 있다. 특정 구현들에서, 적절한 성김(sparsity) 및 넌-네거티버티(non-negativity) 제약들을 이용하여 확률 맵이 생성되고 그 다음으로, 위에 놓인 대상물들의 수 및 위치를 결정하기 위해 분석될 수 있다.
[0072] 하나 또는 둘 이상의 위에 놓인 대상물들의 포지션 또는 포지션들의 추정치를 제공하는 것에 부가하여, 광 센서들로부터의 신호들의 전체적 세기는, 위에 놓인 대상물과 광-가이딩 층 사이의 거리의 표시를 제공하기 위해 이용될 수 있다. 일부 구현들에서, 전체적 최대치 세기 단독으로는, 광-가이딩 층(310)으로부터의 더 떨어진 거리의 큰 대상물과 광-가이딩 층(310)에 더 가까운 더 작은 대상물 사이를 구분하기에 충분하지 않을 수 있고, 그러므로 전체적인 세기는, 세기 피크들의 폭과 같은, 세기 분포의 다른 피쳐들과 함께 분석될 수 있다. 예를 들어, 전체적 세기가 동일할 수 있지만, 광-가이딩 층에 더 가까운 더 작은 대상물은, 어레이로부터 더 떨어진 거리에 로케이팅된 더 큰 대상물보다 더 좁은 세기 피크들을 가질 수 있다. 특정 구현에서, 세기 분포의 형상은, 위에 놓인 대상물의 크기의 표시를 제공하기 위해 분석될 수 있고, 그 다음으로, 전체적 세기는 위에 놓인 대상물과 광-가이딩 층(310) 사이의 거리의 표시를 제공하기 위해 분석될 수 있다.
[0073] 추가의 구현들에서, 다른 유형들의 제스처들이 감지될 수 있다. 펼쳐진 손바닥과 같은 매우 큰 대상물이 광-가이딩 어레이 가까이 위치될 때, 어레이에 걸친 세기 분포에 대한 마스크(350)의 영향은, 반사된 광의 확산 성질로 인해 최소화될 수 있다. 어레이의 각각의 측 상의 어레이 센서들(342)의 상대적 세기 분포는, 디스플레이에 걸쳐 펼쳐진 손바닥 또는 다른 큰 대상물의 스와이프와 같은 넓은 제스처를 검출하기 위해 분석될 수 있다.
[0074] 도 8a 및 도 8b는 스와이프 제스처를 감지하는 것의 구현을 도시한다. 도 8a에서, 광-가이딩 층(310) 및 마스킹 구조들(352)의 스케일에 비해 큰 대상물(392)이 광 가이딩 층의 상부 좌측 상에 포지셔닝된다. 대상물(392)에 의해 반사되어 광-가이딩 층(310)으로 터닝되는 광의 확산 성질 때문에, 광 센서 어레이들(342a, 342b, 342c, 및 342d)의 부분들에 걸친 로컬 최대치들과 최소치들 사이의 마스킹 구조들(352)의 존재로 인한 광 세기의 상대적 변동은, 대상물이 손가락 끝부분 또는 스타일러스와 같은 더 작은 대상물일 때의 로컬 최대치들과 최소치들 사이의 변동보다 작다.
[0075] 예시된 구현에서, 마스킹 구조들(354)과 광 센서 어레이들(342a, 342b, 342c, 및 342d) 사이의 간격에 따라 일부 피크들 및 밸리(valley)들이 여전히 존재할 수 있지만, (광 센서 어레이들(342a, 342b, 342c, 및 342d) 내의 센서들(340)의 음영(shading)의 상대적 어두움에 의해 개략적으로 예시되는 바와 같이) 광 세기는 광학 감지 시스템(300)의 상부(upper) 그리고 좌측 부분들에서 더 크고, 일반적으로는 광 센서 어레이들에 걸쳐 더 균등하다. 광 세기는, 대상물(392) 아래에 놓인 또는 바로 인접한 상부 광 센서 어레이(342c) 및 좌측 광 센서 어레이(342a)의 부분들에서 가장 크고, 대상물(392)로부터 거리가 증가됨에 따라 떨어진다.
[0076] 도 8b에서, 대상물(392)은 광학 감지 시스템(300)의 우측으로 이동되고, 광 세기는 이제, 대상물(392) 아래에 놓인 또는 바로 인접한 상부 광 센서 어레이(342c) 및 우측 광 센서 어레이(342b)의 부분들에서 가장 크고, 대상물(392)로부터 거리가 증가됨에 따라 떨어진다. 따라서, 큰 대상물(392)의 존재는, 광 센서 어레이들(342a, 342b, 342c, 및 342d)에 걸친 광 세기의 더 균등한 분포에 기초하여 검출될 수 있다. 큰 대상물(392) 및 스와이핑과 같은 넓은 제스처들의 일반적 포지션은, 광-가이딩 층(310)의 에지들을 따르는 상대적 세기의 변화들에 기초하여 검출될 수 있다. 유사하게, 일단 큰 대상물(392)이 검출되면, 다양한 광 센서 어레이들(342a, 342b, 342c, 및 342d)에 걸쳐 세기의 상대적 분포의 실질적 변화들이 없는 전체적 세기의 변화가, 광-가이딩 층(310)을 향하는 또는 광-가이딩 층(310)으로부터 멀어지는 큰 대상물(392)의 움직임의 표시일 수 있다.
[0077] 앞서 설명된 구현들 중 특정 구현들이 백릿 광학 감지 시스템(backlit optical sensing system)에 관해 설명되지만, 다른 구현들에서는, 광학 감지 시스템 위에 놓인 구역이 정면으로부터 또는 측면으로부터 조명될 수 있다. 디바이스가, 통합된 프론트라이트 또는 다른 조명 시스템을 포함하는 특정 구현에서, 조명 시스템은 광학 감지 시스템의 목적들을 위해 근접장 영역의 조명을 제공하기 위해 이용될 수 있다.
[0078] 도 9는 프론트-릿 디바이스와 함께 이용되는 광학 감지 시스템의 예를 도시한다. 디바이스(400)는, 도 3의 프론트라이트 시스템과 같은 프론트라이트 시스템(106) 아래에 놓인 반사 디스플레이(404)와 같은 반사 컴포넌트를 포함한다. 프론트라이트 시스템은, 광원들(130)로부터 방출된 광(132)을 하향으로 그리고 광 가이딩 층(110) 외부로 터닝하도록 구성된 광-터닝 피쳐들(120)을 포함하는 제 1 광-가이딩 층(110)을 포함한다.
[0079] 프론트라이트 시스템(106)의 반대측 상에는, 제 2 광-가이딩 층(310), 및 하나 또는 둘 이상의 위에 놓인 대상물들(490)로부터 반사된 광(332)을 광 가이딩 층(310)으로 터닝하도록 구성된 광-터닝 구조들(320)의 어레이를 포함하는 광학 감지 시스템(300)이 배치되며, 광 가이딩 층(310)에서 광(332)은 광(332)이 광 센서들(340)에 도달할 때까지 내부 전반사를 통해 전파된다. 제 1 광-가이딩 층(110)과 제 2 광-가이딩 층(310) 사이에서 새어나오는(bleed) 바람직하지 않은 광을 방지하기 위해, 광-가이딩 층들(110 및 310)보다 더 낮은 굴절률을 갖는 적어도 하나의 중간 층(460)이 광-가이딩 층들(110 및 310) 사이에 배치될 수 있다. 광원들(130)과 광 센서들(340) 사이의 디바이스(400) 주변부에서의 불투명 또는 반사 층들의 포함과 같이, 부가적인 차폐(도시되지 않음)가 제공될 수 있다.
[0080] 일부 구현들에서, 디바이스(400)는 반사 디스플레이를 포함하는 디스플레이 디바이스일 수 있고, 광학 감지 시스템은 근접장 터치 및/또는 제스처 감지 시스템을 제공할 수 있다. 프론트라이트 시스템은 디스플레이의 조명을 위한 가시광원들뿐만 아니라, 디스플레이의 모양(appearance)과의 간섭 없이 근접장 조명을 위한 통합된 IR 광원들을 포함할 수 있다.
[0081] 다른 구현들에서, 디바이스(400)는 터치 또는 제스처 감지가 소망될 수 있는 임의의 적절한 디바이스 또는 대상물일 수 있다. 예를 들어, 광학 감지 시스템(300)과 같은 광학 감지 시스템 또는 본 명세서에서 설명된 다른 구현들은, 터치 및/또는 제스처들을 인식하기 위해, 제어 패널 또는 스위치, 이를테면, 조광기 스위치(dimmer switch)에 통합될 수 있다. 이러한 디바이스는, 뒤로부터 조명되거나, 도 9의 프론트라이트 시스템(106)과 같은 프론트라이트 시스템을 통해 조명되거나, 또는 다른 수단을 통해, 이를테면, 디바이스 상에, 디바이스 가까이, 또는 다른 방식으로 디바이스 근처에 배치되어 디바이스 위에 놓인 근접장 구역을 조명하도록 구성되는 IR LED들을 통해서 조명될 수 있다. 예를 들어, 디바이스는 백릿 LED 또는 유사한 디스플레이 디바이스일 수 있고, 백라이트에 주입되는 IR 광은, 액정 엘리먼트들의 상태에 의해 실질적으로 영향받음이 없이 액정 엘리먼트들을 통과할 수 있어서, 상당한 부가적인 컴포넌트들에 대한 필요성 없이, 근접장 구역의 균등한 IR 조명을 허용한다. 다른 구현들에서, 디바이스는, 투과형 디스플레이이든, 반사형 디스플레이이든, 또는 반투과형 디스플레이이든, 다른 유형들의 디스플레이들을 포함할 수 있고, 광원은 적절한 조명 시스템에 통합될 수 있거나, 또는 예를 들어, 가시광으로 디스플레이를 조명하도록 구성된 조명 시스템으로부터 분리된 IR 조명 시스템일 수 있다. 이러한 광학 감지 시스템에 대한 다른 잠재적 사용들은, 드로잉 태블릿, 터치패드, 또는 터치 기능성을 갖는 원격 제어기와 같은, 아래에 놓인 디스플레이를 포함할 필요가 없는 터치 또는 제스처 입력 디바이스들을 포함한다.
[0082] 본 명세서에서 설명된 광학 감지 시스템들의 구현들은 넓은 제스처들뿐만 아니라 더 정밀한 터치 입력을 감지할 수 있기 때문에, 이러한 시스템은, 사용자 입력의 정밀도가 상당히 가변적일 수 있는 구현들에서 이용될 수 있다. 예를 들어, 차량내 시스템들은, 차량이 주행되고 있고 운전자의 집중력이 시스템에 초점 맞춰지지 않을 때에는 넓은 제스처들을 통한 것 그리고 차량이 정차했을 때에는 승객으로부터의 더 정밀한 터치 입력을 통한 것 양쪽 모두로 제어될 수 있다. 입력의 유형들 양쪽 모두가, 광학 감지 시스템(300)과 같은 단일 광학 감지 시스템에 의해 제공될 수 있다.
[0083] 부가하여, 다수의 터치 및/또는 제스처 입력들이, 본 명세서에서 설명된 광학 감지 시스템들의 구현들에 의해 감지될 수 있기 때문에, 이러한 시스템들은, 복잡한 멀티-터치 입력 및/또는 제스처들뿐만 아니라 다수의 사용자들로부터의 동시적인 입력 양쪽 모두를 허용한다. 본 명세서에서 설명된 광학 감지 시스템들이, 대상물의 물리적 특성들에 의해 영향받는 커패시턴스 또는 다른 감지 방법들에 의존하지 않기 때문에, 이들은, 장갑 또는 다른 방호복을 착용하고 있는 사용자에 의해 동작될 수 있으며, 피부 노출이 바람직하지 않은 추운 날씨 또는 위험한 환경들에서 이용될 수 있다. 부가하여, 이러한 광학 감지 시스템들은, 다수의 위에 놓인 손가락들과 같은 다수의 비-터치 입력들의 감지를, 그러한 손가락들 또는 다른 대상물들이 감지 시스템 그 자체 또는 디바이스의 표면을 접촉할 필요 없이 허용한다.
[0084] 본 명세서에서 설명된 광학 감지 시스템들의 구현들은 임의의 적절한 크기로 스케일가능하고(scalable), 시계 디스플레이만큼 작은 또는 시계 디스플레이보다 더 작은, 또는 텔레비전만큼 큰 또는 텔레비전보다 더 큰 디바이스들에서 이용될 수 있다. IR 광을 방출하도록 구성된 프론트라이트 시스템 또는 아래에 놓인 IR 광원과 같은 평면형 광원을 통해 광학 감지 시스템 전체에 걸쳐 근접장 영역이 조명되는 특정 구현들에서, 시스템은 임의의 적절한 크기로 용이하게 스케일링될 수 있는데, 그 이유는 전체 근접장 구역에 걸쳐 실질적으로 일정한 조명이 제공될 수 있기 때문이다. 큰 감지 구역들을 제공하기 위해, 다른 조명 방법들이 또한 스케일링될 수 있다.
[0085] 도 10은 근접장 광학 감지 시스템을 이용한 감지 방법을 예시하는 흐름도의 예를 도시한다. 방법(500)은, 광학 센서 시스템 위에 놓인 근접장 영역이 IR 광으로 조명되는 블록(505)에서 시작된다. 앞서 논의된 바와 같이, 이러한 영역은 IR 백라이트, IR을 방출하도록 구성된 프론트라이트를 이용하여, 또는 광학 센서 시스템 상에 또는 둘레에 배치된 IR 광원들을 통해 조명될 수 있다. 다른 구현들에서, 가시광 또는 다른 라디에이션이 IR 대신에 이용될 수 있다. 이러한 조명은 일정할 수 있거나, 또는 IR 출력 및 광학 감지 시스템의 전력 드로우(power draw)를 최소화하기 위해 그리고/또는 주변 IR 라디에이션을 보상하기 위해 주기적으로 펄싱되거나 스트로빙될 수 있다.
[0086] 그 다음으로, 방법(500)은, 하나 또는 둘 이상의 위에 놓인 대상물들에 의해 반사된 광이, 광학 센서 시스템의 주변부 근처에 배치된 광 센서들에 의해 감지되는 블록(510)으로 이동된다. 반사된 광은 광학 감지 시스템의 광-가이딩 층 내의 또는 그 광-가이딩 층에 인접한 광-터닝 구조들의 어레이에 의해, 광 센서들을 향해 터닝된다. 일부 구현들에서, 광 센서들에 의해 감지된 광은, 광 센서들에 의해 감지되기 전에, 규칙적으로 이격된 마스킹 엘리먼트들의 시리즈와 같은 마스킹 구조를 통과한다. 일부 구현들에서, 광 센서들은 광 센서들의 선형 어레이들이지만, 다른 적절한 구성들이 이용될 수 있다.
[0087] 마지막으로, 방법(500)은, 광 센서들로부터의 측정된 신호들이, 하나 또는 둘 이상의 위에 놓인 대상물들의 위치를 식별하기 위해 분석되는 블록(515)으로 이동된다. 일부 구현들에서, 이러한 분석은, 위에 놓인 대상물들의 위치를 추정하기 위해 로컬 최대치들로부터의 백 프로젝션(back projection)을 포함할 수 있다. 다른 구현들에서, 측정된 신호들은, 위에 놓인 대상물들의 위치들을 식별하는 확률 맵을 발생시키기 위해 분석될 수 있다. 다른 구현들에서, 이러한 분석은, 광학 감지 시스템에 걸친 손바닥 스와이핑과 같은 제스처를 식별하기 위해, 위에 놓인 엘리먼트의 위치의 시프트 또는 일반적 위치를 검출할 수 있다. 다른 구현들에서, 감지 방법들은 앞서 설명되거나 또는 도 10에서 구체적으로 예시되지 않은 부가적인 단계들을 포함할 수 있거나, 또는 더 적은 단계들을 포함하거나 다수의 단계들을 단일 단계로 조합할 수 있다.
[0088] 도 11a 및 도 11b는 복수의 IMOD 디스플레이 엘리먼트들을 포함하는 디스플레이 디바이스(40)를 예시하는 시스템 블록도들이다. 디스플레이 디바이스(40)는 예를 들어, 스마트폰, 셀룰러 또는 모바일 전화일 수 있다. 그러나, 디스플레이 디바이스(40)의 동일한 컴포넌트들 또는 이들의 약간의 변형들이 또한, 텔레비전들, 컴퓨터들, 태블릿들, e-리더기들, 핸드-헬드 디바이스들 및 휴대용 미디어 디바이스들과 같은 다양한 유형들의 디스플레이 디바이스들을 예시한다.
[0089] 디스플레이 디바이스(40)는, 하우징(41), 디스플레이(30), 안테나(43), 스피커(45), 입력 디바이스(48) 및 마이크로폰(46)을 포함한다. 하우징(41)은, 사출 성형 및 진공 성형을 포함하는 다양한 제조 프로세스들 중 임의의 제조 프로세스로 형성될 수 있다. 부가하여, 하우징(41)은: 플라스틱, 금속, 유리, 고무 및 세라믹, 또는 이들의 조합을 포함하는(그러나, 이에 한정되지 않음) 다양한 재료들 중 임의의 재료로 만들어질 수 있다. 하우징(41)은, 상이한 로고들, 그림들 또는 심볼들을 포함하는 또는 상이한 색의 다른 착탈식 부분들과 상호교환될 수 있는 착탈식 부분들(도시되지 않음)을 포함할 수 있다.
[0090] 디스플레이(30)는, 본 명세서에서 설명되는 바와 같이, 쌍안정 또는 아날로그 디스플레이를 포함하는 다양한 디스플레이들 중 임의의 디스플레이일 수 있다. 디스플레이(30)는 또한, 플라즈마, EL, OLED, STN LCD, 또는 TFT LCD와 같은 플랫-패널 디스플레이, 또는 CRT 또는 다른 튜브 디바이스와 같은 비-플랫-패널 디스플레이를 포함하도록 구성될 수 있다. 부가하여, 본 명세서에서 설명되는 바와 같이, 디스플레이(30)는 IMOD-기반 디스플레이를 포함할 수 있다.
[0091] 디스플레이 디바이스(40)의 컴포넌트들은 도 10a에 개략적으로 예시된다. 디스플레이 디바이스(40)는 하우징(41)을 포함하고, 하우징 내에 적어도 부분적으로 인클로징된 부가적인 컴포넌트들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 디스플레이 디바이스(40)는 트랜시버(47)에 커플링될 수 있는 안테나(43)를 포함하는 네트워크 인터페이스(27)를 포함한다. 네트워크 인터페이스(27)는, 디스플레이 디바이스(40) 상에 디스플레이될 수 있는 이미지 데이터에 대한 소스일 수 있다. 따라서, 네트워크 인터페이스(27)는 이미지 소스 모듈의 일 예이지만, 프로세서(21) 및 입력 디바이스(48)가 또한 이미지 소스 모듈의 역할을 할 수 있다. 트랜시버(47)는 컨디셔닝 하드웨어(52)에 연결되는 프로세서(21)에 연결된다. 컨디셔닝 하드웨어(52)는 신호를 컨디셔닝(이를테면, 신호를 필터링하거나 다른 방식으로 조작)하도록 구성될 수 있다. 컨디셔닝 하드웨어(52)는 스피커(45) 및 마이크로폰(46)에 연결될 수 있다. 프로세서(21)는 또한 입력 디바이스(48) 및 드라이버 제어기(29)에 연결될 수 있다. 드라이버 제어기(29)는 프레임 버퍼(28)에, 그리고 어레이 드라이버(22)에 커플링될 수 있으며, 차례로 어레이 드라이버(22)는 디스플레이 어레이(30)에 커플링될 수 있다. 도 11a에 구체적으로 도시되지 않은 엘리먼트들을 포함한, 디스플레이 디바이스(40)의 하나 또는 둘 이상의 엘리먼트들은 메모리 디바이스로서 기능하도록 구성될 수 있고, 프로세서(21)와 통신하도록 구성될 수 있다. 일부 구현들에서, 전원(50)은 특정 디스플레이 디바이스(40) 설계에서 실질적으로 모든 컴포넌트들에 전력을 제공할 수 있다.
[0092] 네트워크 인터페이스(27)가 안테나(43) 및 트랜시버(47)를 포함하여서, 디스플레이 디바이스(40)는 네트워크를 통해 하나 또는 이상의 디바이스들과 통신할 수 있다. 네트워크 인터페이스(27)는 또한 예를 들어, 프로세서(21)의 데이터 프로세싱 요건들을 완화시키기 위해 일부 프로세싱 능력들을 가질 수 있다. 안테나(43)는 신호들을 전송 및 수신할 수 있다. 일부 구현들에서, 안테나(43)는 IEEE 16.11(a), (b), 또는 (g)를 포함하는 IEEE 16.11 표준, 또는 IEEE 802.11a, b, g, n 및 이들의 추가의 구현들을 포함하는 IEEE 802.11 표준에 따라 RF 신호들을 전송 및 수신한다. 일부 다른 구현들에서, 안테나(43)는 블루투스® 표준에 따라 RF 신호들을 전송 및 수신한다. 셀룰러 전화의 경우, 안테나(43)는 코드 분할 다중 액세스(CDMA), 주파수 분할 다중 액세스(FDMA), 시분할 다중 액세스(TDMA), 모바일 통신들을 위한 글로벌 시스템(GSM), GSM/범용 패킷 라디오 서비스(GPRS), 향상된 데이터 GSM 환경(EDGE), TETRA(Terrestrial Trunked Radio), 광대역-CDMA(W-CDMA), EV-DO(Evolution Data Optimized), 1xEV-DO, EV-DO Rev A, EV-DO Rev B, 고속 패킷 액세스(HSPA), 고속 다운링크 패킷 액세스(HSDPA), 고속 업링크 패킷 액세스(HSUPA), 이벌브드 고속 패킷 액세스(HSPA+), 롱 텀 에벌루션(LTE), AMPS, 또는 3G, 4G 또는 5G 기술을 활용하는 시스템과 같은 무선 네트워크 내에서 통신하기 위해 이용되는 다른 알려진 신호들을 수신하도록 설계될 수 있다. 트랜시버(47)는 안테나(43)로부터 수신되는 신호들을 사전-프로세싱할 수 있어서, 신호들은 프로세서(21)에 의해 수신되어 추가로 조작될 수 있다. 트랜시버(47)는 또한, 프로세서(21)로부터 수신되는 신호들을 프로세싱할 수 있어서, 신호들은 디스플레이 디바이스(40)로부터 안테나(43)를 통해 전송될 수 있다.
[0093] 일부 구현들에서, 트랜시버(47)는 수신기에 의해 대체될 수 있다. 부가하여, 일부 구현들에서, 네트워크 인터페이스(27)는, 프로세서(21)에 전송될 이미지 데이터를 저장하거나 생성할 수 있는 이미지 소스에 의해 대체될 수 있다. 프로세서(21)는 디스플레이 디바이스(40)의 전체 동작을 제어할 수 있다. 프로세서(21)는, 네트워크 인터페이스(27) 또는 이미지 소스로부터의 압축된 이미지 데이터와 같은 데이터를 수신하고, 데이터를 미가공(raw) 이미지 데이터로 또는 미가공 이미지 데이터로 용이하게 프로세싱될 수 있는 포맷으로 프로세싱한다. 프로세서(21)는 프로세싱된 데이터를 드라이버 제어기(29)에 또는 저장을 위해 프레임 버퍼(28)에 전송할 수 있다. 미가공 데이터는 통상적으로, 이미지 내의 각각의 위치에서의 이미지 특징들을 식별하는 정보를 나타낸다. 예를 들어, 이러한 이미지 특징들은, 색(color), 채도(saturation) 및 그레이-스케일(gray-scale) 레벨을 포함할 수 있다.
[0094] 프로세서(21)는 디스플레이 디바이스(40)의 동작을 제어하기 위해 마이크로제어기, CPU, 또는 논리 유닛을 포함할 수 있다. 컨디셔닝 하드웨어(52)는 스피커(45)에 신호들을 전송하기 위한, 그리고 마이크로폰(46)으로부터 신호들을 수신하기 위한 증폭기들 및 필터들을 포함할 수 있다. 컨디셔닝 하드웨어(52)는 디스플레이 디바이스(40) 내의 이산 컴포넌트들일 수 있거나, 또는 프로세서(21) 또는 다른 컴포넌트들 내에 통합될 수 있다.
[0095] 드라이버 제어기(29)는, 프로세서(21)에 의해 발생된 미가공 이미지 데이터를 직접적으로 프로세서(21)로부터 또는 프레임 버퍼(28)로부터 취할 수 있고, 어레이 드라이버(22)로의 고속 송신을 위해 미가공 이미지 데이터를 적절하게 재포맷팅할 수 있다. 일부 구현들에서, 드라이버 제어기(29)는 미가공 이미지 데이터를 래스터-형 포맷을 가지는 데이터 흐름으로 재포맷팅할 수 있어서, 이는 디스플레이 어레이(30)에 걸쳐 스캐닝하기에 적절한 시간 순서를 가진다. 그 다음으로, 드라이버 제어기(29)는 포맷팅된 정보를 어레이 드라이버(22)로 전송한다. LCD 제어기와 같은 드라이버 제어기(29)가 종종 독립형 집적 회로(IC)로서 시스템 프로세서(21)와 연관되지만, 이러한 제어기들은 다수의 방식들로 구현될 수 있다. 예를 들어, 제어기들은 하드웨어로서 프로세서(21)에 임베딩되거나, 소프트웨어로서 프로세서(21)에 임베딩되거나, 또는 어레이 드라이버(22)와 함께 하드웨어로 완전히 통합될 수 있다.
[0096] 어레이 드라이버(22)는 포맷팅된 정보를 드라이버 제어기(29)로부터 수신할 수 있고, 디스플레이 엘리먼트들의 디스플레이의 x-y 매트릭스로부터 비롯되는 수백 개들, 및 가끔은 수천 개들(또는 그 초과)의 리드(lead)들에 초당 여러 번 인가되는 파형들의 병렬 세트로 비디오 데이터를 재포맷팅할 수 있다.
[0097] 일부 구현들에서, 드라이버 제어기(29), 어레이 드라이버(22) 및 디스플레이 어레이(30)는 본 명세서에서 설명된 디스플레이들의 유형들 중 임의의 유형에 적합하다. 예를 들어, 드라이버 제어기(29)는 종래의 디스플레이 제어기 또는 쌍안정 디스플레이 제어기(이를테면, IMOD 디스플레이 엘리먼트 제어기)일 수 있다. 부가적으로, 어레이 드라이버(22)는 종래의 드라이버 또는 쌍안정 디스플레이 드라이버(이를테면, IMOD 디스플레이 엘리먼트 드라이버)일 수 있다. 더욱이, 디스플레이 어레이(30)는 종래의 디스플레이 어레이 또는 쌍안정 디스플레이 어레이(이를테면, IMOD 디스플레이 엘리먼트들의 어레이를 포함하는 디스플레이)일 수 있다. 일부 구현들에서, 드라이버 제어기(29)는 어레이 드라이버(22)와 통합될 수 있다. 이러한 구현은 고집적 시스템들, 예를 들어, 모바일 폰들, 휴대용-전자 디바이스들, 시계들 또는 작은-영역 디스플레이들에서 유용할 수 있다.
[0098] 일부 구현들에서, 입력 디바이스(48)는 예를 들어, 사용자로 하여금 디스플레이 디바이스(40)의 동작을 제어하게 하도록 구성될 수 있다. 입력 디바이스(48)는, 키패드, 이를테면, 쿼티(QWERTY) 키보드 또는 전화 키패드, 버튼, 스위치, 락커, 터치-감지 스크린, 디스플레이 어레이(30)와 통합되는 터치-감지 스크린, 또는 압력- 또는 열-감지 멤브레인을 포함할 수 있다. 마이크로폰(46)은 디스플레이 디바이스(40)에 대한 입력 디바이스로서 구성될 수 있다. 일부 구현들에서, 마이크로폰(46)을 통한 음성 커맨드들이 디스플레이 디바이스(40)의 동작들을 제어하기 위해 사용될 수 있다.
[0099] 전원(50)은 다양한 에너지 저장 디바이스들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 전원(50)은 니켈-카드뮴 배터리 또는 리튬-이온 배터리와 같은 재충전가능한 배터리일 수 있다. 재충전가능 배터리를 이용한 구현들에서, 재충전가능 배터리는 예를 들어, 벽 소켓 또는 광전지 디바이스 또는 어레이로부터 비롯되는 전력을 이용하여 충전가능할 수 있다. 대안적으로, 재충전가능 배터리는 무선으로 충전가능할 수 있다. 전원(50)은 또한, 재생 에너지원, 커패시터, 또는 플라스틱 태양 전지 또는 태양 전지 페인트를 포함하는 태양 전지일 수 있다. 전원(50)은 또한 벽 콘센트(wall outlet)로부터 전력을 수신하도록 구성될 수 있다.
[0100] 일부 구현들에서, 제어 프로그램가능성(control programmability)이 전자 디스플레이 시스템 내의 몇몇 장소들에 로케이팅될 수 있는 드라이버 제어기(29)에 상주한다. 일부 다른 구현들에서, 제어 프로그램가능성은 어레이 드라이버(22)에 상주한다. 앞서-설명된 최적화는 임의의 개수의 하드웨어 및/또는 소프트웨어 컴포넌트들로 그리고 다양한 구성들로 구현될 수 있다.
[0101] 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 항목들의 리스트 "중 적어도 하나"를 나타내는 문구는 단일 멤버들을 비롯하여 이러한 항목들의 임의의 조합을 나타낸다. 일례로, "a, b 또는 c 중 적어도 하나"는 a, b, c, a-b, a-c, b-c 그리고 a-b-c를 커버하도록 의도된다.
[0102] 본 명세서에서 개시된 구현들과 관련하여 설명된 다양한 예시적인 로직들, 논리 블록들, 모듈들, 회로들 및 알고리즘 단계들은, 전자 하드웨어, 컴퓨터 소프트웨어, 또는 이들 양쪽 모두의 조합들로 구현될 수 있다. 하드웨어와 소프트웨어의 상호교환성은 일반적으로, 기능성의 관점에서 설명되고, 앞서 설명된 다양한 예시적 컴포넌트들, 블록들, 모듈들, 회로들 및 단계들로 예시된다. 이러한 기능성이 하드웨어로서 구현되는지 또는 소프트웨어로서 구현되는지는 특정 애플리케이션 및 전체 시스템에 대하여 부과되는 설계 제약들에 좌우된다.
[0103] 본 명세서에서 개시된 양상들과 관련하여 설명된 다양한 예시적 로직들, 논리 블록들, 모듈들 및 회로들을 구현하기 위해 이용되는 하드웨어 및 데이터 프로세싱 장치는, 본 명세서에서 설명된 기능들을 수행하도록 설계되는 범용 단일- 또는 멀티-칩 프로세서, 디지털 신호 프로세서(DSP), 주문형 집적 회로(ASIC), 필드 프로그램가능 게이트 어레이(FPGA) 또는 다른 프로그램가능 논리 디바이스, 이산 게이트 또는 트랜지스터 로직, 이산 하드웨어 컴포넌트들, 또는 이들의 임의의 조합을 이용하여 구현되거나 또는 수행될 수 있다. 범용 프로세서는 마이크로프로세서, 또는 임의의 종래의 프로세서, 제어기, 마이크로제어기 또는 상태 머신일 수 있다. 프로세서는 또한, 컴퓨팅 디바이스들의 조합, 이를테면, DSP와 마이크로프로세서의 조합, 복수의 마이크로프로세서들, DSP 코어와 공조하는 하나 또는 둘 이상의 마이크로프로세서들, 또는 임의의 다른 이러한 구성으로서 구현될 수 있다. 일부 구현들에서, 특정한 단계들 및 방법들은, 주어진 기능으로 특정되는 회로소자에 의해 수행될 수 있다.
[0104] 하나 또는 둘 이상의 양상들에서, 설명된 기능들은, 본 명세서에서 개시된 구조들 및 그들의 구조적 동등물들을 포함하는 하드웨어, 디지털 전자 회로소자, 컴퓨터 소프트웨어, 펌웨어로 또는 이들의 임의의 조합으로 구현될 수 있다. 본 명세서에서 설명되는 본 청구 대상의 구현들은 또한, 하나 또는 둘 이상의 컴퓨터 프로그램들, 즉, 데이터 프로세싱 장치에 의한 실행을 위해 또는 데이터 프로세싱 장치의 동작을 제어하기 위해, 컴퓨터 저장 매체들 상에 인코딩되는 컴퓨터 프로그램 명령들의 하나 또는 둘 이상의 모듈들로서 구현될 수 있다.
[0105] 소프트웨어로 구현되는 경우, 기능들은 컴퓨터-판독가능 매체 상에 하나 또는 둘 이상의 명령들 또는 코드로서 저장되거나 또는 이들을 통해 전송될 수 있다. 본 명세서에서 개시된 알고리즘 또는 방법의 단계들은 컴퓨터-판독가능 매체 상에 상주할 수 있는 프로세서-실행가능 소프트웨어 모듈로 구현될 수 있다. 컴퓨터-판독가능 매체들은 컴퓨터 프로그램을 하나의 장소로부터 다른 장소로 전달하도록 인에이블될 수 있는 임의의 매체를 포함하는 통신 매체들 및 컴퓨터 저장 매체들 양쪽 모두를 포함한다. 저장 매체들은 컴퓨터에 의해 액세스될 수 있는 임의의 이용가능한 매체들일 수 있다. 제한이 아닌 예로서, 이러한 컴퓨터-판독가능 매체들은 RAM, ROM, EEPROM, CD-ROM 또는 다른 광학 디스크 저장소, 자기 디스크 저장소 또는 다른 자기 저장 디바이스들, 또는 컴퓨터에 의해 액세스될 수 있고 명령들 또는 데이터 구조들의 형태로 원하는 프로그램 코드를 저장하는데 이용될 수 있는 임의의 다른 매체를 포함할 수 있다. 또한, 임의의 연결수단(connection)이 컴퓨터-판독가능 매체로 적절하게 명명될 수 있다. 본 명세서에서 이용되는 바와 같은, 디스크(disk) 및 디스크(disc)는 콤팩트 디스크(CD; compact disc), 레이저 디스크(laser disc), 광학 디스크(optical disc), 디지털 다기능 디스크(DVD: digital versatile disc), 플로피 디스크(floppy disk) 및 블루-레이 디스크(blu-ray disc)를 포함하며, 여기서 디스크(disk)들은 일반적으로 자기적으로 데이터를 재생하는 반면에 디스크(disc)들은 레이저들을 통해 광학적으로 데이터를 재생한다. 전술한 것들의 조합들이 또한 컴퓨터-판독가능 매체들의 범위 내에 포함될 수 있다. 부가적으로, 알고리즘 또는 방법의 동작들은, 컴퓨터 프로그램 물건에 통합될 수 있는 기계 판독가능 매체 및 컴퓨터-판독가능 매체 상에 명령들 및 코드들의 세트 또는 임의의 조합 또는 그 중 하나로서 상주할 수 있다.
[0106] 본 개시내용에서 설명된 구현들에 대한 다양한 수정들이 당업자들에게 용이하게 명백할 수 있으며, 본 명세서에서 정의된 일반적 원리들은 본 개시내용의 사상 또는 범위로부터 벗어남이 없이 다른 구현들에 적용될 수 있다. 따라서, 본 청구항들은 본 명세서에서 도시된 구현들로 제한되도록 의도되는 것이 아니라, 본 명세서에서 개시된 본 개시내용, 원리들 및 신규한 피쳐들과 일치하는 가장 넓은 범위에 따르도록 의도된다. 부가적으로, 당업자는, "상부" 및 "하부"라는 용어들이 때때로, 도면들을 설명하는 것의 용이함을 위해 이용되고, 적절하게 배향된 페이지 상에서 도면의 배향에 대응하는 상대적 포지션들을 표시하며, 예를 들어, 구현되는 바와 같은 IMOD 디스플레이 엘리먼트의 적절한 배향을 반영하지 않을 수 있음을 용이하게 이해할 것이다.
[0107] 본 명세서에서 개별 구현들의 맥락에서 설명되는 특정 피쳐들은 또한, 단일 구현으로 조합되어 구현될 수 있다. 역으로, 단일 구현의 맥락에서 설명되는 다양한 피쳐들은 또한 다수의 구현들로 별개로 또는 임의의 적절한 서브-조합으로 구현될 수 있다. 더욱이, 피쳐들이 특정 조합들로 동작하는 것으로서 앞서 설명되고 심지어 처음에 이와 같이 청구될 수 있지만, 청구되는 조합으로부터의 하나 또는 둘 이상의 피쳐들은 몇몇 경우들에서 그 조합으로부터 삭제될 수 있으며, 청구되는 조합은 서브-조합 또는 서브-조합의 변형에 관한 것일 수 있다.
[0108] 유사하게, 동작들이 도면들에서 특정 순서로 도시되지만, 당업자는, 이러한 동작들이 바람직한 결과들을 달성하기 위해 도시된 특정 순서 또는 순차적 순서로 수행될 필요가 없거나 또는 모든 예시된 동작들이 수행될 필요가 없음을 용이하게 인식할 것이다. 게다가, 도면들은 흐름도의 형태로 하나 더의 예시적 프로세스들을 개략적으로 도시할 수 있다. 그러나, 도시되지 않는 다른 동작들이, 개략적으로 예시되는 예시적 프로세스들에 포함될 수 있다. 예를 들어, 하나 또는 둘 이상의 부가적인 동작들이, 예시된 동작들 중 임의의 동작 전에, 후에, 그와 동시에, 또는 그 사이에서 수행될 수 있다. 특정 상황들에서, 멀티태스킹 및 병렬 프로세싱이 유리할 수 있다. 더욱이, 앞서 설명된 구현들에서의 다양한 시스템 컴포넌트들의 분리가, 모든 구현들에서의 이러한 분리를 요구하는 것으로서 이해되지 않아야 하며, 설명된 프로그램 컴포넌트들 및 시스템들은 일반적으로, 단일 소프트웨어 물건으로 서로 통합되거나 또는 다수의 소프트웨어 물건들로 패키징될 수 있음이 이해되어야 한다. 부가적으로, 다른 구현들이 다음의 청구항들의 범위 내에 있다. 일부 경우들에서, 청구항들에서 열거되는 동작들은 상이한 순서로 수행될 수 있고 여전히 바람직한 결과들을 달성할 수 있다.
Claims (30)
- 광학 감지 시스템으로서,
제 1 표면, 제 2 표면, 및 하나 또는 그 초과의 에지(edge)들을 갖는 광-가이딩 층(light guiding layer);
광을 상기 광-가이딩 층의 제 1 표면 위에 놓인 영역으로 지향시키도록 구성되는 적외선(IR) 광원;
광을 상기 광-가이딩 층의 제 1 표면을 통과해 상기 광-가이딩 층으로 재지향(redirect)시키도록 구성되는 복수의 광-터닝 구조(light-turning structure)들;
상기 광-가이딩 층의 적어도 하나의 에지에 인접한 복수의 IR 센서들; 및
상기 광-가이딩 층과 상기 복수의 IR 센서들 사이에 배치되는 복수의 마스킹 구조(masking structure)들
을 포함하는,
광학 감지 시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 복수의 IR 센서들과 전기 통신하는 프로세서
를 더 포함하고,
상기 프로세서는, 상기 광-가이딩 층의 제 1 표면 위에 놓인 영역 내의 대상물(object)의 위치를 식별하기 위해 상기 복수의 IR 센서들에 의해 측정된 신호들을 분석하도록 구성되는,
광학 감지 시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 IR 광원은, 상기 광-가이딩 층의 제 1 표면 위에 놓인 영역으로 지향되는 광을 변조하도록 구성되는,
광학 감지 시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 IR 광원은 상기 광-가이딩 층의, 상기 제 2 표면과 동일한 측 상에 배치되고, 광을 상기 광-가이딩 층을 통해 지향시키도록 구성되는,
광학 감지 시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 IR 광원은 상기 광-가이딩 층과 평행하게 연장되는 제 2 광-가이딩 층과 광학 통신하고,
상기 제 2 광-가이딩 층은, 상기 IR 광원에 의해 상기 제 2 광-가이딩 층으로 방출되는 광을 상기 광-가이딩 층의 제 1 표면 위에 놓인 영역으로 재지향시키도록 구성되는 복수의 광-터닝 구조들을 포함하는,
광학 감지 시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 복수의 IR 센서들은 상기 광-가이딩 층의 각각의 에지에 인접하게 연장되는 IR 포토다이오드들의 선형 어레이들을 포함하는,
광학 감지 시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 복수의 광-터닝 구조들은 상기 광-가이딩 층의 제 2 표면을 통해 연장되는 또는 상기 광-가이딩 층의 제 2 표면에 인접하는 반사 패싯(reflective facet)들을 포함하는,
광학 감지 시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 복수의 마스킹 구조들은 상기 광-가이딩 층의 각각의 에지에 인접하게 연장되는 마스킹 구조들의 주기적 어레이를 포함하는,
광학 감지 시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 광-가이딩 층의, 상기 제 2 표면과 동일한 측 상에 위치하는(located) 디스플레이
를 더 포함하는,
광학 감지 시스템. - 제 9 항에 있어서,
상기 디스플레이의, 상기 광-가이딩 층과 반대 측 상에 배치되는 백라이트(backlight)
를 더 포함하고,
상기 백라이트는 상기 IR 광원을 포함하는,
광학 감지 시스템. - 제 10 항에 있어서,
상기 디스플레이는 액정 디스플레이를 포함하는,
광학 감지 시스템. - 제 11 항에 있어서,
상기 디스플레이를 조명하도록 구성되는 프론트라이트 시스템(frontlight system)
을 더 포함하고,
상기 프론트라이트 시스템은 상기 IR 광원을 포함하는,
광학 감지 시스템. - 제 11 항에 있어서,
상기 디스플레이는 간섭계 변조기(interferometric modulator)들의 어레이를 포함하는,
광학 감지 시스템. - 제 9 항에 있어서,
상기 디스플레이는 투과형 디스플레이(transmissive display)를 포함하는,
광학 감지 시스템. - 제 9 항에 있어서,
상기 디스플레이는 반투과형 디스플레이(transflective display)를 포함하는,
광학 감지 시스템. - 제 9 항에 있어서,
상기 디스플레이는 반사형 디스플레이(reflective display)를 포함하는,
광학 감지 시스템. - 제 9 항에 있어서,
상기 디스플레이와 통신하도록 구성되는 프로세서; 및
상기 프로세서와 통신하도록 구성되는 메모리 디바이스
를 더 포함하고,
상기 프로세서는 이미지 데이터를 프로세싱하도록 구성되는,
광학 감지 시스템. - 제 17 항에 있어서,
적어도 하나의 신호를 상기 디스플레이에 전송하도록 구성되는 드라이버 회로; 및
상기 이미지 데이터의 적어도 일부를 상기 드라이버 회로에 전송하도록 구성되는 제어기
를 더 포함하는,
광학 감지 시스템. - 제 17 항에 있어서,
상기 이미지 데이터를 상기 프로세서에 전송하도록 구성되는 이미지 소스 모듈
을 더 포함하고,
상기 이미지 소스 모듈은 수신기, 트랜시버, 및 송신기 중 적어도 하나를 포함하는,
광학 감지 시스템. - 제 17 항에 있어서,
입력 데이터를 수신하고 상기 입력 데이터를 상기 프로세서에 통신하도록 구성되는 입력 디바이스
를 더 포함하는,
광학 감지 시스템. - 광학 감지 시스템으로서,
제 1 표면, 제 2 표면, 및 하나 또는 그 초과의 에지들을 갖는 광-가이딩 층;
상기 광-가이딩 층의 제 1 표면 위에 놓인 영역을 적외선(IR) 광으로 조명하기 위한 수단;
광을 상기 광-가이딩 층의 제 1 표면을 통과해 상기 광-가이딩 층으로 재지향시키도록 구성되는 복수의 광-터닝 구조들;
상기 광-가이딩 층의 적어도 하나의 에지에 인접한 복수의 IR 센서들; 및
상기 광-가이딩 층과 상기 복수의 IR 센서들 사이에 배치되는 복수의 마스킹 구조들
을 포함하는,
광학 감지 시스템. - 제 21 항에 있어서,
상기 복수의 IR 센서들과 전기 통신하는 프로세서
를 더 포함하고,
상기 프로세서는 상기 광-가이딩 층의 제 1 표면 위에 놓인 영역 내의 대상물의 위치를 식별하기 위해 상기 복수의 IR 센서들에 의해 측정된 신호들을 분석하도록 구성되는,
광학 감지 시스템. - 제 21 항에 있어서,
상기 조명하기 위한 수단은 변조된 IR 광원을 포함하는,
광학 감지 시스템. - 제 21 항에 있어서,
상기 조명하기 위한 수단은 상기 광-가이딩 층의, 상기 제 2 표면과 동일한 측 상에 배치되고, 광을 상기 광-가이딩 층을 통해 지향시키도록 구성되는 IR 광원을 포함하는,
광학 감지 시스템. - 제 21 항에 있어서,
상기 광-가이딩 층과 평행하게 연장되는 제 2 광-가이딩 층
을 더 포함하고,
상기 조명하기 위한 수단은 상기 제 2 광-가이딩 층과 광학 통신하는 적어도 하나의 IR 광원을 포함하고, 그리고
상기 제 2 광-가이딩 층은, 상기 적어도 하나의 IR 광원에 의해 방출되는 광을 상기 광-가이딩 층의 제 1 표면 위에 놓인 영역으로 재지향시키도록 구성되는 복수의 광-터닝 구조들을 포함하는,
광학 감지 시스템. - 광-가이딩 층 위에 놓인 하나 또는 그 초과의 대상물들을 감지하는 방법으로서,
상기 광-가이딩 층의 제 1 표면 위에 놓인 영역을 적외선(IR) 광으로 조명하는 단계;
상기 하나 또는 그 초과의 위에 놓인 대상물들에 의해 반사된 IR 광을 상기 광-가이딩 층으로 그리고 복수의 IR 광 센서들을 향해 재지향시키는 단계 ― 마스킹 구조가 상기 광-가이딩 층과 상기 복수의 IR 광 센서들 사이에 배치됨 ―;
상기 IR 광 센서들 상에 입사하는 상기 IR 광을 표시하는 하나 또는 그 초과의 신호들을 측정하는 단계; 및
상기 하나 또는 그 초과의 위에 놓인 대상물들의 위치를 추정하기 위해 측정된 하나 또는 그 초과의 신호들을 분석하는 단계
를 포함하는,
광-가이딩 층 위에 놓인 하나 또는 그 초과의 대상물들을 감지하는 방법. - 제 26 항에 있어서,
상기 마스킹 구조는 갭들에 의해 분리된 마스킹 구조들의 주기적 어레이를 포함하는,
광-가이딩 층 위에 놓인 하나 또는 그 초과의 대상물들을 감지하는 방법. - 제 27 항에 있어서,
상기 하나 또는 그 초과의 위에 놓인 대상물들의 위치를 추정하기 위해 측정된 신호들을 분석하는 단계는,
상기 측정된 하나 또는 그 초과의 신호들에서 로컬 최대치의 위치를 식별하는 단계, 및
상기 갭들 중 하나의 갭의 중심과 상기 로컬 최대치의 위치를 통해 연장되는 투사(projection)에 기초하여, 상기 하나 또는 그 초과의 위에 놓인 대상물들 중 하나의 대상물의 위치를 추정하는 단계
를 포함하는,
광-가이딩 층 위에 놓인 하나 또는 그 초과의 대상물들을 감지하는 방법. - 제 27 항에 있어서,
상기 하나 또는 그 초과의 위에 놓인 대상물들의 위치를 추정하기 위해 측정된 신호들을 분석하는 단계는, 하나 또는 그 초과의 위에 놓인 대상물들의 위치의 확률 맵(probability map)을 생성하는 단계를 포함하는,
광-가이딩 층 위에 놓인 하나 또는 그 초과의 대상물들을 감지하는 방법. - 제 26 항에 있어서,
상기 광-가이딩 층의 제 1 표면 위에 놓인 영역을 조명하는 단계는, 상기 영역을 변조된 IR 광으로 조명하는 단계를 포함하는,
광-가이딩 층 위에 놓인 하나 또는 그 초과의 대상물들을 감지하는 방법.
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