KR20000076247A

KR20000076247A - 컴퓨터 시스템의 사용자 입력 장치

Info

Publication number: KR20000076247A
Application number: KR1019997008342A
Authority: KR
Inventors: 데이비드에스. 그라함; 다니엘에이. 프란시스
Original assignee: 그라함 그리어; 포아 사나, 엘엘씨
Priority date: 1997-03-14
Filing date: 1998-03-12
Publication date: 2000-12-26
Also published as: CA2283169A1; US6351260B1; AU742483B2; WO1998040844A1; KR100514156B1; DE69805610T2; ATE218227T1; JP2001514779A; US5914709A; EP0965098B1; CN1211756C; AU6701098A; DE69805610D1; US20020088930A1; CN1260060A; EP0965098A1; CA2283169C; HK1029422A1; JP4122065B2

Abstract

전자 장치에 대한 사용자 입력 장치가 공개된다. 사용자 입력 장치는 광의 그리드(grid)를 사용하여 위치 정보를 제공한다. 광의 그리드는 광원과 도파관으로부터 생성된다. 광의 그리드는 도파관과 광 감지기를 이용하여 수신되고 처리된다. 부가적으로, 사용자 입력 장치의 작동 성능 개선을 위해 광학적 요소가 사용된다. 사용자 입력 장치는 컴퓨터 시스템이나 이와 유사한 시스템을 위한 사용자 입력 장치로 사용하기에 특히 적합하다.

Description

컴퓨터 시스템의 사용자 입력 장치{USER INPUT DEVICE FOR A COMPUTER SYSTEM}

컴퓨터 시스템의 사용자 입력 장치는 여러 형태를 가진다. 관심을 끄는 사용자 입력 장치의 두가지 형태는 터치 스크린과 펜-이용 스크린이다. 터치 스크린의 경우, 사용자는 손가락으로 표시 화면을 가볍게 건드림으로서 정보를 입력한다. 펜-이용 스크린의 경우, 사용자는 첨필이나 펜으로 표시 화면을 가볍게 건드림으로서 정보를 입력한다.

터치 스크린이나 펜-이용 스크린을 제공하는 한가지의 종래 기술은 표시 화면 위에 저항 필름이나 축전 필름을 올려놓는 것이다. 이러한 종래 기술의 한가지 문제점은 필름이 쉽게 손상된다는 점이다. 종래 기술의 다른 한가지의 문제점은, 이 표시화면의 크기가 2차 함수적으로 증가하기 때문에, 표준 크기나 이보다 더 큰 크기의 표시 화면의 경우에 너무 비싼 경향이 있다는 점이다. 공지 기술의 다른 하나의 문제점은 대부분 반투명 필름이 표시 화면 위에 놓이는 점이다. 그러므로, 필름은 표시화면을 흐릿하게 한다. 이를 보상하기 위하여, 표시 화면은 광 출력 강도를 증가시켜야 하나, 이것이 항상 가능한 것은 아니다. 예를 들어, 휴대용 컴퓨터의 경우에, 추가적인 광 강도는 일반적으로 비실용적이며, 만약 광 강도를 추가적으로 증가시키면, 추가적인 전력 소모가 일어나, 휴대용 컴퓨터의 전력 공급에 문제를 일으킨다.

터치 스크린이나 펜-이용 스크린을 제공하는 또하나의 기술은, 광을 제공하는 적외선 발광 다이오드(infrared LEDs)의 뱅크를 이용하는 것이고, 광을 감지하는 (이에 상응하는) 포토트랜지스터의 뱅크를 이용하는 것이다. 종래의 광-이용 기술의 주된 문제점은 다수의 구성부품을 필요로 한다는 점이다. 다수의 구성부품은 휴대용 컴퓨터에서 사용하기에는 너무 크다. 종래의 광-이용 기술의 다른 하나의 문제점은 펜-이용 스크린에 필요한 고해상도를 제공할 수 없다는 점이다. 추가적으로, 종래의 광-이용 기술은 다수의 구성부품이 필요한 이유로 비싸다.

터치 스크린이나 펜-이용 스크린을 제공하는 또하나의 기술은 섬유 광 케이블 묶음, 제어가능한 액정 표시(LCD) 마스크, 그리고 다중 송신 기구를 이용하는 것이다. 미국 특허 제 5,196,836 호에 이러한 기술이 기술되어 있다. 단일 발광 장치만이 사용되는 데도 불구하고, 섬유 광 케이블로부터의 광 출력 확산이 매우 커서, 제어가능한 LCD 마스크가 한번에 단 한 개의 섬유 광 케이블로부터 광 출력을 순서에 따라 고립시키기 위해 필요하다. 고립된 섬유 광 케이블로부터의 수신광은 수신 측부 상에서 또한 고립된다. 주어진 배치에서, 시스템은 이 기술을 매우 저속으로 이끄는 다중 송신 기구를 사용하여 각각의 섬유 광 케이블을 통해 주사해야 한다. 더욱이, 이 기술에서는 펜-이용 스크린을 위해 필요한 고해상도를 얻을 수 없고, 제작 비용이 많이 드는 단점이 있다.

그러므로, 적절한 비용으로 고해상도를 제공하는 개선된 사용자 입력 장치가 필요하다.

본 발명은 사용자 입력 장치, 특히 컴퓨터 시스템의 사용자 입력 장치에 관계한다.

도 1은 발명의 한 실시예에 따르는 입력 위치 감지 시스템의 블록 다이어그램.

도 2는 컴퓨터 시스템의 다이어그램.

도 3은 발명의 한 실시예에 따르는 입력 장치의 다이어그램.

도 4는 발명의 한 실시예에 따르는 입력 장치의 도식적 다이어그램.

도 5는 발명의 한 실시예에 따르는 도파관 장치의 도식적 다이어그램.

도 6A와 6B는 도 5에 도시되는 도파관의 단면도.

도 6C는 발명의 한 실시예에 따르는 도파관면의 구조도.

도 6D는 발명의 한 실시예에 따라 도 6C에 도시되는 도파관을 제작하는 과정의 순서도.

도 6E는 출력 도파관을 도시하는 다이어그램.

도 6F는 발명의 다른 하나의 실시예를 따르는 도파관 구조를 제작하는 과정의 순서도.

도 7A는 도파관 내로 광의 광학적 연결을 도시하는 다이어그램.

도 7B는 수신기에 도파관을 광학적 연결하는 다이어그램.

도 7C는 발명의 한 실시예에 따라 수신기를 구체화하기 위한 ASIC 배치의 블록 다이어그램.

도 8은 발명의 한 실시예에 따르는 초기화 과정의 순서도.

도 9는 발명의 한 실시예에 따르는 한계 조절 과정의 순서도.

도 10A는 발명의 실시예에 따르는 영상 감지 과정의 순서도.

도 10B와 10C는 발명의 한 실시예에 따르는 영상 감지 과정의 예를 도시하는 다이어그램.

도 11A와 11B는 도파관으로부터 전송되는 광의 확산을 완화시키기 위해 도파관에 근접하게 마이크로렌즈를 위치설정하는 것을 도시하는 도식적 다이어그램.

도 12A-12D는 발명의 다른 실시예들에 따르는 입력 장치의 도식적 다이어그램.

(참조 번호 설명)

100 ... 입력 위치 감지 시스템 102 ... 광원

104,110,318,320,604,606,608,610,612,614,616,618,

620,622,630,632,634,636,638,640,642,644,646,648,

654,656,660,662,690,692,694,1104,1108,1114 ... 도파관

106,107,114,418,420,508,510,1106 ... 광 비임

108 ... 전송 매질 112 ... 광 수신기

116,118 ... 렌즈 200 ... 컴퓨터 시스템

202 ... 컴퓨터 하우징(컴퓨터 덮개/틀)

204 ... CD 롬 드라이브 206 ... 플라피 드라이브

208 ... 표시 장치 210 ... 키보드

212 ... 지시 장치 214 ... 화면 영역

216 ... 주변부 300,400 ... 입력 장치

302 ... 좌측부 304 ... 하측부

306 ... 우측부 308 ... 상측부

310,312,314,316,410,412,414,416,502,504,600,624,650 ... 도파관면

402 ... 제 1 송신기 404 ... 제 2 송신기

406 ... 주수신기 408 ... 부수신기

422,424,426,428 ... 렌즈면 500 ... 도파관 장치

506 ... 광 602 ... 광 수신 측부

603 ... 광 출력 단부 626 ... 광 출력 측부

628 ... 광 입력 단부 652,658 ... 기판

664 ... 폴리에스테르층 700 ... 발광 다이오드

702 ... 광 출력부 704,706 ... 단자

708 ... 광 감지 영역 710 ... 집적 회로 소자

720 ... ASIC 배치 722 ... 전송기 드라이버

724 ... 클럭 회로 726 ... 관련 회로군

728 ... 공정 회로군 730 ,,, FIFO 버퍼

732 ... 통신 회로군 734 ... 초기화 회로군

1100,1110 ... 광학 장치 1102,1112 ... 마이크로렌즈

넓게 볼 때, 본 발명은 광의 그리드를 이용하여 위치 정보를 제공하는 전자 장치에 대한 사용자 입력 장치에 관한 것이다. 광전송/수신을 안내하는 도파관을 사용하여 광의 그리드가 생성되고, 처리된다. 부가적으로, 사용자 입력 장치의 작동을 개선시키기 위해 광학 요소가 이용된다. 사용자 입력 장치는 컴퓨터 시스템이나 이와 유사한 시스템을 위한 사용자 입력 장치로 사용하기에 특히 적합하다.

본 발명은 장치, 시스템, 방법 등의 여러 방식으로 구체화될 수 있다. 본 발명의 여러 실시예가 아래에 기술된다.

본 발명의 한 실시예에 따르는 장치는:

광원;

상기 광원으로부터 광을 수신하기 위해 광학적으로 연결되는 전송 도파관부 - 상기 전송 도파관부는 유전물질로부터 형성되고, 상기 광원으로부터 수신된 광에 따라 제 1 세트의 광 비임을 생산하는 다수의 광 전송 도파관을 포함하며, 상기 제 1 세트의 광 비임은 제 1 방향으로 상기 광 전송 도파관으로부터 나오고;

상기 전송 도파관으로부터 제 1 방향으로 이격된 수신 도파관부 - 상기 수신 도파관부는 광 전송 도파관으로부터 나오는 제 1 세트의 광 비임을 수신하며; 그리고

수신 도파관부의 광 수신 도파관으로부터 광을 수신하기 위해 수신 도파관부에 광학적으로 연결되는 광 감지기;로 이루어지고, 상기 광 감지기는 수신 도파관부의 광 수신 도파관으로부터 광의 광 강도를 측정한다. 이 실시예는 광 전송 도파관으로부터 수신 도파관부의 상응하는 광 수신 도파관을 향해 나오는 제 1 세트의 광 비임을 평행하게 하기 위해 전송 도파관부에 광학적으로 근접하게 위치하는 렌즈를 추가로 포함한다.

전자 장치에 대한 입력 장치로서, 본 발명의 또다른 실시예는:

한 개 이상의 광원;

다수의 광 감지 요소에서 광 강도를 감지하는 광 감지기; 그리고

다수의 도파관을 포함하는, 리쏘그래피 형식의 도파관 구조;로 이루어진다. 광원은 도파관 구조의 제 1 세트의 도파관으로 광을 연결하고, 도파관 구조는 도파관 내로 연결하는 광으로부터 광 비임의 그리드를 생성한다. 광 비임의 그리드는 입력 영역을 가로지르고, 도파관 구조의 제 2 세트의 도파관에 의해 광 감지기로 향한다.

입력 장치에 대해 사용자의 입력을 결정하는 방법으로서, 본 발명의 한 실시예는:

광원을 제공하고;

광원으로부터 다수의 평행한 광 비임을 생성하며;

입력 장치의 입력 영역 너머로 평행한 광 비임을 동시에 향하게 하고 - 상기 입력 영역은 입력 장치에 따라 위치하며;

입력 영역을 가로지른 후에 어떤 평행한 광 비임을 동시에 수신하고;

수신된 각각의 평행한 광 비임에 대해 광 강도를 결정하며; 그리고

결정된 광 강도값에 기초하여 입력 영역에 대해 사용자의 입력이 있는 지를 결정하는; 이상의 단계를 포함한다.

본 발명의 장점은 다양하다. 발명의 한 장점은 고해상도를 얻을 수 있다는 점이다. 비용이 매체에 대해 선형으로 비례하기 때문에 입력 장치의 가격이 보통이거나 훨씬 저렴하고, 정상 크기나 더 큰 크기의 표시 화면에 대해 입력 장치를 더욱 유익하게 하는 점이 발명의 다른 한 장점이다. 발명의 다른 하나의 장점은 표시 화면 강도가 방해받지 않는 점이다. 상대적으로 작고, 저렴하며, 2차원 표면 상에서 쉽게 조립되는 극소수의 구성부품만을 입력 장치에서 필요로 하는 점이 본 발명의 또하나의 장점이다.

첨부된 도면을 참고로 하여 다음의 상세한 설명에서 본 발명의 다른 면과 장점이 명백해질 것이다.

본 발명은 광의 그리드를 사용하여 위치 정보를 제공하는 전자 장치의 사용자 입력 장치에 관한 것이다. 광의 그리드는 광의 전송 및 수신을 안내하는 도파관을 사용하여 생성되고 처리된다. 부가적으로, 사용자 입력 장치의 작동을 증가시키기 위해, 광학적 요소가 사용될 수 있다. 본 사용자 입력 장치는 컴퓨터 시스템이나 이와 유사한 시스템에서 사용자 입력 장치로 사용하기에 특히 적합하다.

발명의 실시예들이 도 1-12D를 참고로 하여 아래에서 기술된다. 그러나, 여기서 도면을 참고로 하여 기술되는 상세한 설명이 단지 설명을 위한 용도이고, 본 발명의 범위는 이 실시예들에 제한되지 않는다는 것을, 당 분야의 숙련자라면 쉽게 알 수 있을 것이다.

도 1은 발명의 한 실시예에 따르는 입력 위치 감지 시스템(100)의 블록 다이어그램이다. 입력 위치 감지 시스템(100)은 도파관(104)에 광을 보내는 광원(102)을 포함한다. 도파관(104)은 입사광을 다수의 광 비임(106)으로 변환시키고, 상기 다수의 광 비임(106)은 전송 매질(108)을 지나 도파관(110)으로 향한다. 도파관(110)은 수신된 광 비임(107)을 광 비임(114)으로 광 수신기(112)에 보낸다. 광 수신기(112)가 수신하는 각각의 광 비임(114)이 각각의 광 비임(114)에 대해 수신된 광의 강도 수준에 기초하여 "온/오프"인지를, 광 수신기(112)는 이때 결정한다.

전송 매질(108) 너머로 향하는 동안 사용자 입력 등에 의해 차단되는 광 비임(106)의 경우는 광 수신기(112)에 의해 "오프" 광 비임으로 판별된다. 사용자의 손가락(터치식 입력)이나 첨필(펜-이용 입력)은 한 개 이상의 광 비임(106)을 도파관(110)과 광 수신기(112)에 도달하지 못하게 차단한다. 그러므로, 차단되는 한 개 이상의 광 비임(106)은 전송 매질(108)(예를 들어, 표시 화면)에 대해 정해진 상대적 위치를 가지는 것이 선호되는 광 비임(106)에 대해 사용자 입력 위치를 제공한다. 결과적으로, 광 수신기(112)가 "오프"로 결정되는 한 개 이상의 광 비임(114)은 사용자 입력의 위치를 표시한다.

부가적으로, 입력 위치 감지 시스템(100)은 도파관(104)의 출력부에 가까운 전송부에 렌즈(116)(예를 들어, 폴리머 마이크로렌즈들)를 포함한다. 렌즈(116)는 광 비임(106)을 전송 매질(108) 너머 도파관(110)으로 향하게 하는 조준 렌즈이다. 렌즈(118)는 전송 매질(108) 너머로 향하는 광 비임을 도파관(110)으로 향하게 한다.

도 2는 컴퓨터 시스템(200)의 다이어그램이다. 컴퓨터 시스템(200)은 발명에 따르는 입력 장치를 받아들이기에 적합한 대표적 컴퓨터 시스템이다. 컴퓨터 시스템(200)은 CD-롬 드라이브(204)와 플라피 드라이브(206)를 가지는 컴퓨터 하우징(202)을 포함한다. 컴퓨터 시스템(200)은 표시 장치(208), 키보드(210), 그리고 지시 장치(예를 들어, 마우스)(212)를 또한 포함한다. 도 2에서 도시되는 컴퓨터 시스템(200)은 표시 장치(208)가 (도시되지 않은) 케이블을 통해 컴퓨터 하우징(202)에 연결되는 분리 형식의 제품인 데스크탑 컴퓨터 시스템이다. 컴퓨터 시스템(200)의 키보드(210)와 지시 장치(212)는 사용자가 컴퓨터 시스템(200)에 사용자 입력을 가능하게 한다.

앞서 언급한 바와 같이, 컴퓨터와 같은 전자 장치에 의해 사용되는 광의 그리드에 기초한 입력 장치에 본 발명은 속한다. 발명의 한 실시예에 따라, 입력 장치는 표시 장치(208)의 화면 영역(214) 위에 위치하고, 화면 영역(214)을 둘러싸는 표시 장치(208)의 주변부(216)에 고정된다. 입력 장치가 화면 영역(214) 너머로 연장되거나 화면 영역(214)을 차단하는 것은 바람직하지 않다. 입력 장치가 표시 장치(208)와 일체 형태로 구성되는 것도 가능하다. 입력 장치에 의해 생성되는 광의 그리드의 일부를 차단함으로서, 사용자는 컴퓨터 시스템(200)에 사용자 입력을 제공할 수 있다. 그러므로, 입력 장치는 종래의 터치 스크린이나 펜-이용 스크린과 구별되지만, 많은 부분에서 동일한 방식으로 컴퓨터 시스템(200)에 위치 정보를 제공한다. 발명의 또다른 실시예에서, 입력 장치는 휴대용 컴퓨터의 표시 화면 위에 놓이거나 일체로 구성된다. 발명에 따르는 입력 장치가 표시 화면의 위에 놓이거나 표시화면과 일체로 구성되는 것이 바람직하지만, 발명에 따르는 입력 장치가 표시 화면과는 다른 표면 위에 위치할 수도 있다. 예를 들어, 입력 장치는 펜이나 터치식 입력을 위한 패드, 보드, 또는 태블릿을 둘러쌀 수 있다.

입력 장치는 컴퓨터 시스템의 사용자 입력과는 다른 여러 환경에서 사용될 수도 있다. 예를 들어, 입력 장치는 로봇 위치 파악을 위해 사용할 수 있고, 이때 입력 장치는 로봇 위치 정보를 제공한다. 광 비임의 차단이 스위치로 작용하는 보안용/응급 센서로 상기 입력 장치는 사용될 수 있다.

도 3은 발명의 한 실시예에 따르는 입력 장치(300)의 다이어그램이다. 입력 장치(300)는 좌측부(302), 하측부(304), 우측부(306), 상측부(308)를 가지는 직사각형 구조이다. 두 측부에서, 입력 장치(300)는 다수의 평행한 광 비임을 생성하고, 다른 두 측부에서, 입력 장치(300)는 다수의 평행한 광 비임을 수신한다. 입력 장치(300)에 연관된 광 감지기는 광 비임을 해독하여, 직사각형 구조에 대한 사용자 입력의 위치 관계를 결정한다. 입력 장치(300)는 광원이나 광 감지기로부터 광을 보내는 도파관 구조를 포함한다. 도파관 구조는 도파관면(310-316)을 포함하고, 상기 각각의 도파관면은 다수의 도파관들을 가진다. 도파관은 광 채널로 작용한다. 도 3에서, 도파관면(310,312)은 각각 다수의 도파관들(318,320)을 가지는 것으로 도시된다. 각각의 도파관은 광 비임을 생성하거나 수신하기 위해 사용된다.

이 실시예에서, 입력 장치(300)는 컴퓨터 시스템의 표시 자치의 화면 영역 주위에 위치한다. 예를 들어, 도 2에서 표시 장치(208)의 주변부(216)에 입력 장치(300)를 고정시킴으로서, 도 2에서 도시되는 컴퓨터 시스템의 표시 장치(208)의 화면 영역(214) 주위로 입력 장치(300)가 위치할 수 있다. 입력 장치(300)는 여러 가지 방법으로 보지될 수 있다. 예를 들어, 입력 장치는 표시 화면 내에서 제가되거나 조립될 수 있고, 또는 표시 장치(308)를 둘러싸는 표시 장치의 주변부에 기계적으로 부착될 수 있다. 한 경우에, 스냅-인 플라스틱 틀이 입력 장치(300)의 구성성분을 보지하고, 상기 플라스틱 틀이 표시 장치(208) 내로 병합될 수 있다. 또한, 표시 장치가 평면 표시 장치(예를 들어, 휴대용 컴퓨터의 평면 패널 표시 장치)인 또다른 경우에, 표시 장치의 구성부품을 보지하는 부속조립체는 평면 표시 장치를 둘러싸는 금속 홈 내로 병합된다.

도 3이 직사각형 구조를 가지는 입력 장치(300)로 도시되지만, 발명에 따르는 입력 장치가 반드시 등변등각이거나 직사각형일 필요는 없다. 사실, 발명에 따르는 입력 장치에서 사용되는 도파관 구조는 입력 장치가 취하는 구조에 유동성을 제공한다.

도4는 발명의 한 실시예에 따르는 입력 장치(400)의 도식적 다이어그램이다. 입력 장치(400)는 입력 장치(300)의 상세화된 다이어그램이고, 여기서, 두 개의 광원과 두 개의 수신기가 광의 그리드를 전송하고 수신하기 위해 사용된다. 그러나, 도 4는 입력 장치(300)에 대해 도 3에 묘사되는 바와 같이 입력 장치(400)의 덮개(틀)를 묘사하지는 않는다.

입력 장치(400)는 제 1 송신기(402), 제 2 송신기(404), 주수신기(406), 부수신기(408)를 포함한다. 추가로, 입력 장치(400)는 도파관면(410,412,414,416)을 포함한다. 도파관면(410-416)은 입력 영역(즉, 표시 장치의 화면 영역)의 주변부에 위치한다. 부수신기(408)는 주수신기(406)와 교류하고, 주수신기(406)는 중앙 컴퓨터(예를 들어, 컴퓨터 시스템(200))와 교류한다.

입력 장치(400)는 그 덮개(틀) 내에 위치하는 것이 바람직한 렌즈면(422, 424, 426, 428)을 추가로 포함한다. 각각의 렌즈면(422, 424, 426, 428)은 도파관면(410, 412, 414, 416)에 각각 대응된다. 렌즈면(422, 424, 426, 428)의 배열은 도파관면(410, 412, 414, 416)에 인접하게 배열되어, 입력 영역(즉, 표시 장치의 화면 영역)의 주변부에 위치한다.

입력 장치(400)의 작동이 아래에 기술된다. 송신기(402)가 활성화되면, 광은 송신기(402)에 인접한 도파관면(410)의 단부로 연결된다. 도파관면(410)에 연결된 광은 도파관면(410) 내의 다수의 도파관(즉, 광 채널)을 향하게 된다. 도파관면(410) 내의 각각의 도파관은 도파관면(412)까지 표시 장치의 화면 영역을 가로지르는 수평 광 비임(418)을 생성한다. 도파관면(412)은 도파관면(410)의 도파관에 상응하는 다수의 도파관을 포함한다. 도파관면(410)으로부터의 광 비임(418)은 도파관면(412)의 도파관을 향해 정렬되어서, 수신된 광 비임이 부수신기(408)의 광 감지 요소로 향하게 된다. 부수신기(408)의 광 감지 요소에서 도파관면(412) 내의 각각의 도파관으로부터의 광을 수신하도록, 부수신기(408)는 도파관면(412)의 단부에 인접한다.

마찬가지로, 송신기(404)가 활성화되면, 광은 송신기(404)에 인접한 도파관면(414)의 단부로 연결된다. 도파관면(414)에 연결되는 광은 도파관면(414) 내의 다수의 도파관(광 채널)으로 향한다. 도파관면(414) 내의 각각의 도파관은, 표시 장치의 화면 영역을 넘어 도파관면(416)까지 가로지르는 수직 광 비임(416)을 생성한다. 도파관면(416)은 도파관면(414)의 도파관에 상응하는 다수의 도파관을 포함한다. 도파관면(414)으로부터의 광 비임(420)은 도파관면(416)의 도파관을 향해 정렬되어서, 수신된 광 비임이 주수신기(406)의 광 감지 요소로 향하게 된다. 주수신기(406)의 광 감지 요소에서 도파관면(416) 내의 각각의 도파관으로부터의 광을 수신하도록, 주수신기(406)는 도파관면(416)의 단부에 인접한다.

입력 장치(400)가 렌즈면(418-424)을 포함할 때, 확산이 감소됨을 제외하고는 그 작동이 동일하다. 렌즈를 사용할 때의 장점은, 광이 평행하게 이동하여, 광 비임이 더 큰 화면 영역을 가로지로고, 도파관면의 제작이 간단해지는 것이다. 도파관면(410)을 떠나는 수평 광 비임(418)은 렌즈면(422)에 의해 평행하게 되고, 렌즈면(424)에 의해 다시 집광되어서, 수평 광 비임(418)이 도파관면(412)의 도파관들에 의해 수신된다. 마찬가지로, 도파관면(414)을 떠나는 수직 광 비임(420)은 렌즈면(426)에 의해 평행하게 되고, 렌즈면(428)에 의해 다시 집광되어, 수직 광 비임(420)이 도파관면(416)의 도파관에 의해 수신된다.

송신기(402,404)는 광원인 것이 선호된다. 예를 들어, 각각의 송신기(402,404)는 발광 다이오드(LED)일 수 있다. 송신기에 의해 방출되는 광의 파장은 여러 범위를 가진다. 그러나, 선호되는 파장 범위는 0.38-1.10 마이크로미터이고, 0.40-0.48 마이크로미터 사이의 파장을 가지는 광이 특히 선호된다. 또한, 광의 파장이 0.70-0.95 마이크로미터 사이의 범위를 가질 수도 있다. 한 실시예에서, 송신기로 사용되는 LED는 약 0.43 마이크로미터의 파장을 가지는 청색 갈륨 질화물 LED일 수 있다. 도파관면(410-416)은 도 5, 6A, 6B, 6C, 6D를 참조로 아래에서 설명될 것이다.

부수신기(408)와 주수신기(406)는 여러 가지 다른 방법으로 설계될 수 있다. 예를 들어, 수신기(406,408)는 일반적인 특정 용도 집적 회로(ASICs)나 감광성 영역을 가지는 다른 회로에 의해 구체화될 수 있다.

수신기(406,408)는 감광성 영역으로부터 디지털 양까지 감광 측정을 변환시키는 회로에 연결되거나, 그 회로를 포함한다. 그리고 두 수신기는 디지털 양을 중앙 컴퓨터에 전송한다. 전용 IC나 ASIC, 또는 감광 영역을 가지는 다른 회로 상에서 여러 형태로 구체화될 수 있다. 이에 상관없이, 수신기(406,408)는 입력 장치(400)를 작동시키는 처리 작업을 실행한다. ASIC을 이용할 때의 장점은, 수신기(406,408)에 의해 실행되는 나머지 처리 작업을 실행하는 동안, 광센서(광 감지 요소)가 논리 요소와 같은 집적 회로 상에서 형성될 수 있다는 점이다. 광센서는 여러 가지 방법으로 제작될 수 있다. 전하 결합 소자(CCD)는 광감지에 대해 적합하지만, 그 회로는 다량의 실리콘을 필요로 하고, CMOS 회로에서 더 많은 전력을 소모한다. CMOS 기술은 CCD 센서를 제작할 수 없지만, 다른 광센서는 공지된 CMOS 기술을 사용하여 제작할 수 있다. ASIC을 이용한 접근법에 대한 추가적이 상세한 설명은 도 7C를 참조하여 아래에서 기술될 것이다.

도 5는 발명의 한 실시예에 따르는 도파관 장치(500)의 도식적 다이어그램이다. 도파관 장치(500)는 광원으로부터 한 쌍의 도파관면을 통해, 수신기까지 광학적으로 연결되는 과정을 묘사한다. 도파관 장치(500)는 예를 들어, 도 4에 도시되는 입력 장치(400)의 도파관면(414,416)에 적합하다.

도파관 장치(500)는 제 1 도파관면(502)과 제 2 도파관면(504)을 포함하고, 상기 제 1 도파관면과 제 2 도파관면은 한 방향의 입력에 대해 한 쌍의 도파관면을 형성한다. 광(506)이 도파관면(502)의 단부에 가해지면, 다수의 광 비임(508)이 형성되고, 상기 다수의 광 비임(508)은 도파관면(502) 내의 다수의 광 전송 도파관(즉, 광 전송 채널)에 의해 도파관면(504)을 향한다. 각각의 광 비임(508)은 도파관면(504)의 상응하는 광 수신 도파관(즉, 광 수신 채널)을 향한다. 도파관면(504)의 광 수신 도파관들은, 광 비임(508)으로부터 수신되는 광을, 다수의 광 비임(510)이 (수신기의 입장에서) 생성되는 도파관면(504)의 단부로 향하게 한다. 각각의 광 비임(510)은 도파관면(504)의 광 수신 도파관 중 하나에 수신되는 광에 상응한다. 도파관 장치(500)가 결정을 위해 유용한 입력 방향은 광 비임(508)에 대해 수직이다(즉, 도 5에서 수평이다).

도 6A와 6B는 도 5의 도파관면(504,502)의 단면도이다. 도 6A에서, 도파관면(600)은 광 수신 측부(602)와 광 출력 단부(603)를 가지는 것으로 도시된다. 광 수신 측부(602)는 광을 수신하는 다수의 도파관(채널)을 포함한다. 특히, 광 수신 측부(602)는 다수의 광 수신 도파관을 가지는 것으로 도시되고, 이때 광 수신 측부(602)의 광 수신 도파관(604,606,608,610,612)이 도시된다. 이러한 각각의 광 수신 도파관은 이에 각각 상응하는 광 출력 도파관(채널)(614,616,618,620,622)을 도파관면(600)의 광 출력 단부(603)에 가진다. 광 수신 도파관(604-612)과 광 출력 도파관(614-622)은 도파관면(600)의 내부에 위치한다.

도 6B에서, 도파관면(624)은 광 출력 측부(626)와 광 입력 단부(628)를 포함한다. 광 출력 측부(626)는 다수의 광 출력 도파관(채널)(630,632,634,636,638)을 가진다. 각각의 광 출력 도파관(630-638)은 도파관면(600)의 광 수신 도파관(612,610,608,606,604)에 각각 상응한다. 도파관면(624)의 광 입력 단부(628)는 다수의 광 입력 도파관(채널)을 가지는 것으로 도시되고, 이때 광 입력 단부(628)의 광 입력 도파관(640,642,644,646,648)이 도시된다. 각각의 광 입력 도파관(640-648)은 이에 상응하는 광 출력 도파관(630-638)을 도파관면(624)의 광 출력 측부(626)에 가진다. 광 입력 도파관(640-648)과 광 출력 도파관(630-638)은 도파관면(624)에 대해 내부에 위치한다.

도파관면의 크기를 줄이면서도 고해상도를 얻기 위하여, 도파관면이 도파관층을 포함하는 것이 선호된다. 도 6C는 본 발명의 실시예에 따르는 도파관면(650)의 구조를 도시하는 다이어그램이다. 도파관면(650)은 제 1 기판(652)을 포함하고, 상기 제 1 기판(652)은 상부 표면 위의 도파관(654)과, 하부 표면 아래의 도파관(656)을 지지한다. 도파관면(650)은 제 2 기판(658)을 추가로 포함하고, 상기 제 2 기판은 상부 표면 위의 도파관(660)과, 하부 표면 아래의 도파관(662)을 지지한다. 도파관(660,656)의 높이, 폭, 형태는 매우 다양하다. 그러나, 한 개의 적절한 실시예에서, 그 높이는 약 5 마이크로미터, 폭은 약 10 마이크로미터, 그리고 그 형태는 직사각형이다. 폴리에스테르층(664)은, 제 1 기판과 제 2 기판 사이, 그리고 상기 기판들에 관련된 도파관들 사이에 샌드위치형으로 삽입되고, 광학 시멘트와 함께 도파관면(650)을 보지한다. 도파관면(650)의 도파관층의 장점은 고해상도 제공을 용이하게 하는 점이다. 도파관면(650)의 구조는 도파관 샌드위치로 또한 언급된다. 설명의 편이성을 위해, 도 6C에 도시되는 도파관면(650)은 도 6A와 6B에 도시되는 채널의 곡선을 따르지 않는다. 입력 장치에 대한 조립체(덮개/틀)가 2 mm 이하의 높이를 유지하는 것이 바람직하다. 한 실시예에서, 개개의 도파관층(즉, 도파관을 가지는 글래스 판)은 760 미크론의 두께를 가지고, 이때 글래스 판은 0.7 mm 두께이며, 비스벤조사이클로부텐(BCB)층은 여러 두께(예를 들어, 0.5-50 마이크로미터의 범위)를 가진다. 그러므로, 두 도파관층(양 측부에 개개의 도파관들을 가지는 글래스 판)과 두 도파관층 사이의 폴리에스테르층(약 5밀 두께)은 도파관 샌드위치에 대해 총 4 mm의 두께를 가진다.

도 6D는 발명의 한 실시예에 따라 도 6C에 도시되는 도파관면(650)을 제작하는 제작 공정(670)의 순서도이다. 먼저, 제작 공정(670)은 한 장의 글래스 판을 구한다(672). 글래스 판은 개개의 도파관 구조에 대한 지지 기판으로 작용한다. 다음으로, BCB층이 글래스 판의 제 1 측부에 가해지고, 소프트 베이킹을 실시한다(674). BCB는 감광 물질이다. 그 다음에, 감광성 BCB는 노출되고 현상되어 채널을 형성한다(676). 다음으로, BCD층에 하드 베이킹을 실시한다(678). 달리 말하자면, 채널은 리소그래피 공정에 의해 형성된다. 그 후, 다음의 공정에 의해 기판의 나머지 측부에 채널이 형성된다. 글래스 판이 뒤집어진다(680). BCB층이 글래스판의 제 2 측부에 가해지고, 소프트 베이킹을 실시한다(682). 다음으로, 감광성 BCB가 노출되고 형상되어 채널을 형성한다(683). BCD층은 다시 하드 베이킹된다(684). 이 때, 글래스 판을 개개의 도파관으로 레이저 절단한다(685). 레이저 에칭과 절단은 표준화된 산업 공정이다. 마지막으로, 두 개의 개별 도파관은 폴리에스테르 띠와 광학 시멘트로 합쳐진다(686). 폴리에스테르 띠는 개개의 도파관을 분리시키는 역할을 한다. (686) 공정 이후에, 제작 공정(670)은 완료된다.

도 6E는 깔때기 모양의 도파관(690,692,694)을 도시하는 다이어그램이다. 깔때기 모양의 도파관은 전송/수신 도파관의 한 단부에서 사용된다. 예를 들어, 도파관면(624)의 광 출력 측부 주위의 광 출력 도파관(630-638) 부분은 도 6E에서 도시되는 바와 같이 깔때기 모양을 취하거나 점점 가늘어질 수 있다. 광 출력 도파관을 깔때기 형태로 형성함으로서, 광의 광 굴절 확산이 감소될 수 있다. 유사하게, 광 입력 도파관을 깔때기 형태로 형성함으로서, 입사광이 연결되는 영역이 증가된다.

도 6F는 발명의 다른 한 실시예에 따르는 도파관 구조를 제작하는 제작 공정(696)의 순서도이다. 일반적으로, 도파관 구조는 기판, 낮은 굴절률을 가지는 굴절층, 그리고 높은 굴절률을 가지는 굴절층으로 이루어진다. 도 6D를 참고하여 논의되는 실시예에서, 글래스는 기판이나 낮은 굴절률의 굴절층으로 사용할 수 있고, BCB층은 높은 굴절률의 굴절층으로 사용할 수 있다.

어떤 경우에도, 제작 공정(696)은 다음과 같다. 먼저, 기판 물질을 구한다(696-1). 기판 물질의 굴절률(IOR)이, 사용되는 도파관 물질의 굴절률보다 작은지를, 결정 블록이 결정한다(696-2). 기판 물질의 굴절률이 도파관 물질의 굴절률보다 작지 않으면, 낮은 굴절률(낮은 IOR)을 가지는 물질을 얻을 수 있다(696-3). 상기 낮은 굴절률의 물질은 기판의 양쪽 측부에 가해진다(696-4). 낮은 IOR 물질이 베이킹(baking)이나 큐어링(curing)을 필요로 하면, 그러한 열처리를 실시한다. 따라서, 기판은 도파관 물질의 굴절률보다 작은 굴절률을 가진다. 다른 한편으로, 기판 물질의 굴절률이 도파관 물질의 굴절률보다 작다고 결정되면(696-2), 블록(696-3,696-4)은 생략된다.

기판 물질에 대한 바람직한 특성은 단단함(rigidity), 낮은 열팽창계수, 낮은 물흡수율, 낮은 IOR 물질의 도파관 물질에 대한 표면 부착성, 그리고 저렴한 비용을 포함한다. 적합한 기판 물질은 글래스, 몇몇 플라스틱, 세라믹 물질이다. 낮은 IOR층에 대한 바람직한 특성은 도파관 물질보다 작은 IOR, 광학적 투명성, 얇은 필름으로 성장되거나 코팅되는, 기판 물질과 도파관 물질의 접착성, 낮은 열 팽창 계수, 낮은 물 흡수율, 그리고 저렴한 비용을 포함한다.

블록(696-4) 이후나, 기판 물질의 굴절률이 도파관 물질의 굴절률보다 작은 경우에서의 블록(696-2) 이후에, 한 장의 도파관 물질을 얻을 수 있다(696-5). 상기 도파관 물질의 바람직한 특징은 낮은 IOR 물질이나 기판 물질보다 높은 IOR, 광학적 투명성, 얇은 필름으로 성장되거나 코팅되는, 도파관 물질과 기판 물질의 접착성, 낮은 열 팽창 계수, 낮은 물 흡수성, 그리고 저렴한 비용을 포함한다. 도파관 물질의 제 1 측부는 코팅된다(696-6). 코팅된 후에, 도파관 물질의 제 1 측부는 리소그래피 방식으로 패턴화되어 개개의 도파관을 형성한다(696-7). 도파관 물질의 제 2 측부는 이때 코팅된다(696-8). 코팅된 후에, 도파관 물질의 제 2 측부는 패턴화되어, 개개의 도파관을 형성한다(696-9). 그러므로, 이 공정으로 개개의 도파관들이 기판의 양 측부에서 제작되어, 도파관이 제공하는 픽셀의 밀도(해상도)를 증가시키고, 크기 요구조건이나 비용을 감소시킨다(도 6C). 이후, 도파관면은 제작된 기판과 도파관 물질으로부터 잘려나간다(696-10).

도 7A는 도파관면 내로 광을 광학적 연결하는 과정을 도시하는 다이어그램이다. 도시되는 바와 같이, 도파관면은 도 6B에서 도시되는 도파관면(624)이다. 특히, 발광 다이오드(LED)(700)는 광 출력부(702)를 포함하고, 상기 광 출력부(702)로부터, LED(700)의 단자(704,706)에 제공되는 전기 신호에 기초하여 광이 출력된다. 광 출력부(702)는 도파관면(624)의 한 단부(628)에 근접하게 위치하여, 도파관면(624) 내로 광을 공급한다. LED(700)가 청색 LED와 같이 상대적으로 짧은 파장을 가지는 것이 선호된다. 특히, Stanley Corporation의 430 nm 파장을 가지는 청색 갈륨 질화물 LED가 LED(700)으로 선호된다. 상기 제품의 광 강도는 약 100 밀리칸델라이다. LED는 T1 패키지 내에 있고, 상기 T1 패키지는 약 3.2 mm의 직경을 가지는 작은 패키지이다.

도 7B는 수신기에 도파관면을 광학적으로 연결하는 과정의 다이어그램이다. 도시되는 바와 같이, 도파관면은 도 6A에 도시되는 도파관면(600)이다. 특히, 도파관면(600)은 광을 수신하여, 도파관면(600)에 광학적으로 연결되는 수신기까지 광 수신 도파관(604-612)을 통해 광을 보낸다. 이 도시되는 실시예에서, 광 수신 도파관(604-612)은 수신기로 작용하는 집적 회로 소자(710)의 광 감지 영역(708)에 광학적으로 연결된다. 집적 회로 소자(710)는 여러 가지 방법으로 도파관면(600)에, 또는 도파관면(600)에 근접하게, 고정시킬 수 있다. 예를 들어, 입력 장치에 대한 덮개/틀(도 3 참조)에서, 요구되는 광학적 연결을 제공하기 위해, 접착제나 다른 기계적 구조물이 도파관면(600)에 대해 집적 회로 소자(710)의 기계적 지지를 제공할 수 있다.

도 7C는 발명의 실시예에 따르는 수신기를 구체화하는 ASIC 배치(720)의 블록 다이어그램이다. ASIC 배치(720)는 여러 가지 기능적인 논리 블록을 포함한다. 송신기 드라이버(722)는 전력(PWR) 및 접지(GND) 신호를 송신기(광원)에 공급하여, 송신기로 하여금 광을 방사시키게 한다. 클럭 회로(724)는 송신기 드라이버(722)에 클럭 신호를 공급하여, 클럭 신호와 연관된 듀티 사이클(duty cycle)에 따란 송신기의 작동을 제어한다. ASIC 배치(720)는 수신기에 의한 광 수신을 감지하는 광감지기와 관련 회로군(726)을 또한 포함한다. 광감지기와 관련 회로군(726)의 출력은 어두운 x 및 y 방향의 픽셀을 가리키는 신호이다. 이 출력 신호는 공정 회로군(728)에 의해 처리된다. 예를 들어, 공정 회로군은 아래에서 기술되는 음영 공정(shadow processing)을 실행한다. 공정 회로군(728)은 중앙 컴퓨터로 이동하는 데이터가 임시로 저장되는 FIFO 버퍼(First-In-First-Out buffer)(730)이다. 통신 회로군(732)은 FIFO 버퍼(730)에 저장되는 데이터를 검색하고(복구시키고), 중앙 컴퓨터에 데이터를 출력한다. 수신기(720)는 데이터(DATA) 및 접지(GND) 신호에 전기적으로 연결된다. 공정 회로군(728)과 통신 회로군(732)은 클럭 회로(724)로부터 클럭 신호를 또한 수신하여, 클럭 신호와 일체화된 공정을 실행한다. ASIC 배치(720)는 초기화 회로군(734)을 추가로 포함하고, 상기 초기화 회로군(734)은 광감지기와 관련 회로군(726) 및 공정 회로군(728)을 설정하고 초기화한다.

도 8은 발명의 실시예에 따르는 초기화 공정(800)의 순서도이다. 초기화 공정(800)은 먼저, 광원을 활성화시킨다(802). 예를 들어, 도 4를 참조로, 광원(402,404)(송신기)이 활성화된다. 다음으로, 각각의 광 감지 요소에 대한 광 강도 값을 읽는다(804). 즉, 도 4에 대해서, 수신기(406,408)의 광 감지 요소가 입사되는 광 강도 값을 측정하도록 작동한다. 그 다음에, 정해진 한계값 이하의 광 강도 값을 가지는 광 감지 요소는 그 기능이 억제된다(806). 억제되는 광 감지 요소는 상응하는 도파관의 광 수신 채널에 상응하지 않으므로, 더 이상 사용되지 않는다. 달리 말하자면, 수신기(406,408)의 적절한 광 감지 요소를 가지는 도파관의 광 수신 채널을 효과적으로 정렬시키도록 초기화 공정(800)이 작동한다. 일반적으로, 이러한 공정은 입력 장치(400)의 제작, 설계, 조립을 용이하게 하기 때문에, 특히 도파관 내의 채널이 매우 좁고 수신기가 도파관의 한 단부 크기 이상의 광 감지 요소 영역을 포함하기 때문에, 이러한 공정은 바람직하다. 예를 들어, 도 7B에서, 집적 회로 장치(710)의 광 감지 영역(708)은 도파관(600)의 단부(603)보다 크다. 블록(806) 이후에, 초기화 공정(800)이 완료된다.

도 9는 발명의 실시예에 따르는 한계 조절 공정(900)의 순서도이다. 한계 조절 공정(900)은 먼저, 주위의 광 조건에서 각각의 작동하는 광 감지 요소에 대한 광 강도 값을 읽는다(902). 이후, 읽혀진 광 강도 값에 기초하여 "온" 상태가 결정된다(904). 다음에, "온" 상태가 수신기에 설정된다(906). 예를 들어, "온" 상태가 주위의 전류 더하기 n(주위 전류 - 암전류)에 의해 설정되고(906), 이때 n은 정수이다. 블록(906) 이후에, 한계 조절 공정(900)이 완료된다.

한계 조절 공정(900)은 주기적으로 사용되고 수신기에 대해 "온" 한계량을 자주 설정하여, 수신기가 "온/오프" 상태를 적절히 구분하게 한다. "온" 한계량을 주기적으로 자주 반복함으로서, 입력 장치는 광 감지 요소에 의해 측정되는 광 강도 값에 영향을 미칠 수 있는 주위의 광 조건의 변화를 보상할 수 있다. 예를 들어, 발명에 따르는 입력 장치를 가지는 컴퓨터 시스템의 사용자가 최초에 암상황의 컴퓨터 시스템 사용을 시작하여 광을 켤 때(즉, 도파관을 향해 광을 보낼 때), 주위의 광 조건이 변화하고, 입력 장치는 주위의 광 조건의 이러한 변화로 인해 부적절하게 작동하면 안된다. 따라서, 한계 조절 공정(900)은 주위의 광 조건의 변화를 보상할 수 있어서, 입력 장치가 주위의 광 조건이나 그 변화에 관계없이 신뢰할만한 방식으로 작동하게 된다.

도 10A는 발명의 실시예에 따르는 음영 감지 공정(1000)의 순서도이다. 음영의 감지는 발명에 따르는 입력 장치에 가해지는, 사용자나 사용자의 첨필에 의한 터치와 연관된다. 발명에 따르는 입력 장치를 가지는 표시 장치를 손가락이나 첨필로 부드럽게 건드림으로서, 음영이 생성되고, 이는 입력 장치에 의해 생성된 일부 광 비임이 차단되기 때문이다. 화면 영역의 표면 위에 십자형으로 교차하는 일부 광 비임이 차단되어 수신기가 광 감지 요소를 이용하여 매우 낮은 강도를 측정하므로, 음영이 발생한다. 그러므로, 이러한 일부 광 비임이 차단되기 때문에, 수신기는 이러한 일부 광 비임을 "오프"로 감지한다.

음영 감지 공정(1000)은 먼저, 각각의 작동하는 광 감지 요소에 대한 광 강도 값을 읽는다(1002). 다음에, "오프"로 판정되는 광 감지 요소에 대해, 식별자가 저장된다(1004). 그 다음에, 부수신기는 "오프"인 광 감지 요소를 위한 식별자를 주수신기에 보낸다(1006). 주수신기는 식별자로부터 최소한의 음영을 결정한다(1008). 최소한의 음영 결정에 의해, 입력 장치는 사용자의 손이 동시에 화면을 건드리는 것으로부터 첨필이나 펜 입력을 구별할 수 있다. 최소한의 음영이 결정된 후, 최소한의 음영의 위치는 중앙 컴퓨터로 이동된다(1010). 블록(1010) 이후에, 음영 감지 공정(1000)은 완료된다.

음역 감지 공정(1000)의 예가 도 10B와 10C를 참고로 기술된다. 도 10B와 10C에서, 광 감지 셀은 0,1,2,3,...n의 번호를 가진다. 이 예에서, 광을 수신하지 않는 광 감지 셀(에를 들어, 암셀)만이 신호를 출력한다. 처리중에, 각각의 암셀(dark cell)의 번지가 순서대로 논리 어레이에 입력된다. 논리 어레이는 존재하는 음영 픽셀 중 첫 번째와 마지막 픽셀을 제외하고는 전부를 버리는 것이 선호된다. 이는 첫 번째, 마지막, 첫 번째, 마지막...의 패턴을 FIFO 버퍼에 저장되도록 남긴다. 예를 들어, 도 10B에서, FIFO는 3,6;12,12를 포함한다. 이때, 이 공정은 최소한의 음영을 선택하고, 그 중심과 폭을 출력한다. 이 예에서, (12,1)은 중앙 컴퓨터로 보내어진다. 다른 예에서, 도 10C에 대해, FIFO는 12,16을 포함하고, 그 후, 14,5가 중앙 컴퓨터에 보내어질 것이다.

최소한의 음영을 선택하여 중앙 컴퓨터에 보냄으로서, 음영 감지 공정(1000)은 첨필과 손과 같이 두 물체가 화면을 동시에 건드리는 상황을 제거할 수 있다. 최소한의 음영을 선택하고 식별함으로서, 음영 감지 공정(1000)은 두 개의 물체 사이에서 구별가능하고, 바람직한 것으로 보이는 물체를 선택할 수 있다. 그러나, 이 기술은 손에 의한 음영이 첨필에 의한 음영을 덮을 때 이 기술은 사용할 수 없으나, 이는 자주 일어나는 일이 아니다. 음영의 폭이 첨필의 폭을 제공하므로, 음영의 폭이 보내어진다. 펜 이용 화면의 서법에 대해 이 방법은 유용하고, 응용품을 측정하는 데도 유용하다. 추가적으로, 앞서 언급한 바와 같이, 발명에 따르는 입력 장치는 수신 도파관을 향해 전송 도파관에 의해 출력되는 광을 평행하게 하는 렌즈(굴절 렌즈)를 포함한다. 렌즈는 개개의 렌즈이거나 렌즈 어레이일 수 있다. 도파관이 작다면(약, 3-6 마이크로미터라면), 렌즈는 마이크로렌즈라고 말할 수 있다. 더욱이, 입력 장치의 수신 측부는 수신 도파관 내로 광을 집광하는 렌즈를 또한 포함한다.

도 11A와 11B는 도파관으로부터 전송되는 광의 확산을 감소시키기 위해 도파관에 인접한 위치에 마이크로렌즈를 배치하는 것을 도시하는 도식적인 다이어그램이다. 도 11A에서, 광학 장치(1100)는 도파관(1104)의 출력 단부에 가까이 마이크로렌즈(1102)를 위치시킨다. 마이크로렌즈(1102)는 도파관(1104)으로부터 퍼지는 광을 평행하게 조절한다. 그러므로, 입력 영역을 가로지르는 광 비임은 평행 광 비임(1106)이다. 깔때기 형태로 벌려진 부분을 가지는 도파관(1108)은 입력 영역을 가로지른 후의 평행 광 비임을 수신한다. 도파관은 이때 수신된 광을 수신기로 보낸다. 도 11B에서, 광학 장치(1110)는 전송 측부에서 광학 장치(1100)와 유사하지만, 수신 측부에서 구별되는 점이 있다. 특히, 렌즈(1112)는 입력 영역을 가로지른 후의 평행 광을 수신한다. 렌즈(1112)는 도파관(1114)에 수신된 평행 광 비임을 집광한다.

도파관을 위한 두꺼운 코팅을 에칭하는 것이 어렵고 시간을 소요하므로, 렌즈의 사용은 도파관의 구조를 간단하게 하는 역할을 한다. 예를 들어, 5 마이크로미터의 중간 두께, 10 마이크로미터의 두꺼운 두께, 그리고 20 마이크로미터의 매우 두꺼운 두께를 생각해 볼 수 있다. 도파관 내의 광 확산의 양은 도파관의 크기에 반비례한다. 즉, 코팅이 두꺼울수록, 도파관이 깊어진다. 즉, 확산이 감소된다. 그러므로, 렌즈로서, 더 얇은 코팅(예를 들어 5 마이크로미터)이 도파관을 위해 사용될 수 있다. 렌즈 사용의 다른 이점은 송신기(즉, 광의 강도)에서 요구되는 전력이 감소된다는 점이다.

렌즈는 일반적으로 플라스틱으로 제작된다. 렌즈는 여러 가지 다른 방법으로 제작될 수 있다. 수지(resin)의 드라플릿(droplet)의 위치와 특성을 제어하는 주사 장치를 통해 기판 위에 수지의 드라플릿을 증착하는 것이 한 방법이다. 이 공정은 고품질임에 비해 비용이 많이 든다. 그러므로, 마스터링(mastering) 공정에서 주로 사용된다. 다른 한가지의 방법은 리소그래피에 의한 기판 상에서 플라스틱을 에칭, 융해, 그리고 재고체화하는 것이다. 고품질 몰딩과 엠보싱과 같은 전통적인 방법 역시 가능하고 비용도 적게든다. 마이크로렌즈 어레이를 생산하는 많은 공급원(예를 들어, Canada Alberta의 TR Labs)으로부터 렌즈를 얻을 수 있다.

도 4에서 도시되고 앞서 기술된 입력 장치의 실시예는 발명의 선호되는 실시예이다. 그러나, 발명의 다른 실시예도 물론 이용가능하다. 이러한 실시예에서, 도파관면, 송신기, 수신기의 수는 가변적이다. 일반적으로, 구성성분이 적을수록 비용이 적게 든다. 도 12A-12D는 발명의 다른 실시예에 따르는 입력 장치의 다이어그램이다. 이 실시예들은 도 4와 같은 방식의 발명에 따르는 입력 장치에 대해 다른 배열을 도시한다. 각각의 실시예에서, 점선은 송신기(광원)로부터 도파관을 통해 입력 영역을 가로질러 도파관으로의 광 경로를 표시한다. 더욱이, 도시되지는 않았으나, 이 실시예들은 도 4에 도시되는 것과 유사한 방식의 렌즈들을 포함한다. 도 12A는 네 개의 면이 있는 도파관 구조를 가지는 두 개의 송신기(T1,T2), 두 개의 수신기(R1,R2) 실시예를 도시한다. 도 12B는 두 개의 면을 가지는 도파관 구조의 한 개의 송신기(T1), 한 개의 수신기(R1) 실시예의 도식적 다이어그램이다. 도 12C는 단일 면을 가지는 도파관 구조의 한 개의 송신기(T1), 한 개의 수신기(T2) 실시예의 도식적 다이어그램이다. 단지 단일 면을 가짐으로서, 비용은 증가하지만, 광학적 도파관면과 마주보게 정렬하는 것을 피할 수 있다. 도 12D는 단일 면의 도파관 구조를 가지는 한 개의 전송기(T1), 네 개의 수신기(R1,R2,R3,R4) 실시예의 도식적 다이어그램이다. 도 12D에서 도시되는 실시예에서, 대형 입력 영역이 덮혀진다. 수신기가 광 감지를 제공하는 픽셀이나 도파관의 수에 제한을 하므로, 발명은 더 큰 치수의 입력 장치에도 적용가능한 부가적인 수신기를 사용한다.

본 발명의 여러 가지 특징과 장점은 상기 기술된 내용에서 명백하고, 그래서 첨부된 청구항에 의해 발명의 모든 특징과 장점을 표현하고자 한다. 더욱이, 당 분야의 숙련자는 여러 가지 수정과 변화를 가할 수 있기 때문에, 도시되고 기술된 바와 같이 정확한 구조 및 작동으로 본 발명을 제한하는 것은 바람직하지 않다. 그러므로, 모든 적절한 수정품과 동등품은 발명의 범위내에서 가능하다.

Claims

광원;

상기 광원으로부터 광을 수신하기 위해 광학적으로 연결되는 전송 도파관부 - 상기 전송 도파관부는 유전 물질로 형성되고, 상기 전송 도파관부는 상기 광원으로부터 수신되는 광에 대해 제 1 세트의 광 비임을 생성하는 다수의 광 전송 도파관을 포함하며, 상기 제 1 세트의 광 비임은 제 1 방향으로 상기 광 전송 도파관으로부터 방사되고;

제 1 방향으로 상기 전송 도파관으로부터 이격되어 위치하는 수신 도파관부 - 상기 수신 도파관부는 유전 물질로 형성되고, 상기 수신 도파관부는 상기 광 전송 도파관으로부터 방사되는 상기 제 1 세트의 광 비임을 수신하는 다수의 광 수신 도파관을 포함하며;

상기 수신 도파관부의 광 수신 도파관으로부터 광을 수신하기 위해 상기 수신 도파관부에 광학적으로 연결되는 광 감지기 - 상기 광 감지기는 상기 수신 도파관부의 광 수신 도파관으로부터 광의 강도를 측정함;로 이루어지는 것을 특징으로 하는 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 장치는 전자 장치의 입력 장치인 것을 특징으로 하는 장치.
제 2 항에 있어서, 상기 전송 도파관부와 상기 수신 도파관부 사이에 입력 영역이 형성되는 것을 특징으로 하는 장치.
제 3 항에 있어서, 사용자가 손가락이나 첨필로 입력 영역과 상호작용함으로서 전자 장치에 입력을 제공할 수 있는 것을 특징으로 하는 장치.
제 1 항에 있어서, 광 전송 도파관과 광 수신 도파관이 직사각형의 단면을 가지는 것을 특징으로 하는 장치.
제 3 항에 있어서, 상기 장치는 입력 영역과의 상호작용에 의한 컴퓨터 시스템의 사용자 입력 장치인 것을 특징으로 하는 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 광 감지기는 상기 수신 도파관부의 광 수신 도파관으로부터 광을 수신하기 위해 상기 수신 도파관부에 광학적으로 연결되는 광 감지 영역을 가지는 집적 회로인 것을 특징으로 하는 장치.
제 1 항에 있어서, 광 전송 도파관으로부터 상기 수신 도파관부의 광 수신 도파관을 향해 퍼져나가는 상기 제 1 세트의 광 비임을 평행하게 하기 위해, 상기 전송 도파관부에 광학적으로 가까이 위치하는 렌즈를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 광 전송 도파관부와 광 수신 도파관부는 리소그래피 방식으로 형성되는 도파관인 것을 특징으로 하는 장치.
제 9 항에 있어서, 제 1 세트의 광 비임을 생성할 때, 각각의 광 전송 도파관은 광원으로부터 수신되는 광을 적어도 45도 이상 굴절시키는 것을 특징으로 하는 장치.
제 8 항에 있어서, 상기 장치는 컴퓨터 시스템에 사용자 입력을 제공하기 위한 입력 장치이고, 상기 광 감지기는 상기 수신 도파관의 광 채널로부터 광을 수신하기 위해 상기 수신 도파관부에 광학적으로 연결되는 광 감지 영역을 가지는 집적 회로인 것을 특징으로 하는 장치.
한 개 이상의 광원;

다수의 광 감지 요소에서 광 강도를 감지하는 광 감지기; 그리고

다수의 도파관을 포함하는, 리소그래피 방식으로 형성되는 도파관 구조로 이루어지고,

상기 광원은 상기 도파관 구조의 제 1 세트의 도파관 내로 광을 연결하고, 상기 도파관 구조는 도파관 내로 연결되는 광으로부터 광 비임의 그리드를 생성하며, 상기 광 비임의 그리드는 입력 영역을 가로지르고, 상기 광 비임의 그리드는 상기 도파관 구조의 제 2 세트의 도파관에 의해 상기 광 감지기까지 보내지는 것을 특징으로 하는 전자 장치의 입력 장치.
제 12 항에 있어서,

상기 리소그래피 방식으로 형성된 도파관 구조물은 유전 물질이고, 상기 제 1 세트의 도파관은 광 비임을 입력 영역 너머 제 2 세트의 도파관의 상응하는 도파관으로 보내는 것을 특징으로 하는 입력 장치.
제 13 항에 있어서, 제 1 세트의 도파관으로부터 퍼져나가는 광 비임을 평행하게 하기 위해 상기 도파관 구조에 광학적으로 근접하게 위치하는 렌즈를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 입력 장치.
제 12 항에 있어서, 제 1 세트의 도파관으로부터 퍼져나가는 광 비임을 평행하게 하기 위해 상기 도파관 구조에 광학적으로 근접하게 위치하는 렌즈를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 입력 장치.
제 15 항에 있어서, 상기 렌즈는 광 비임이 퍼져나가는 제 1 세트의 도파관의 광 출구 측부에 근접하게 위치하는 물질의 띠에 형성되는 마이크로렌즈인 것을 특징으로 하는 입력 장치.
제 12 항에 있어서, 광 전송 도파관과 광 수신 도파관은 리소그래피 방식으로 형성되는 도파관인 것을 특징으로 하는 입력 장치.
제 17 항에 있어서, 광 전송 도파관과 광 수신 도파관은 기판 물질 주위에 형성되는 것을 특징으로 하는 입력 장치.
제 12 항에 있어서, 상기 입력 장치는 컴퓨터 시스템에 사용자 입력을 제공하고, 상기 광 감지기는 상기 수신 도파관의 광 채널로부터 광을 수신하기 위해 상기 수신 도파관부에 광학적으로 연결되는 광 감지 영역을 가지는 집적 회로인 것을 특징으로 하는 입력 장치.
제 19 항에 있어서, 집적 회로의 광 감지 영역은 다수의 광감지 셀을 포함하는 것을 특징으로 하는 입력 장치.
제 12 항에 있어서, 상기 도파관 구조는 다수의 면을 포함하는 것을 특징으로 하는 입력 장치.
제 22 항에 있어서,

제 1 도파관면은 수평 광 비임을 생성하고,

제 2 도파관면은 수직 광 비임을 생성하며,

제 1 도파관면에서 입력 영역 너머 반대편에 배치되는 제 3 도파관면은 제 1 도파관면으로부터 수평 광 비임을 수신하고,

제 2 도파관면에서 입력 영역 너머 반대편에 배치되는 제 4 도파관면은 제 2 도파관면으로부터 수직 광 비임을 수신하는 것을 특징으로 하는 입력 장치.
제 12 항에 있어서, 상기 도파관 구조는 단일 구조인 것을 특징으로 하는 입력 장치.
제 12 항에 있어서, 전자 장치는 표시 장치를 가지는 컴퓨터 시스템이고, 상기 표시 장치는 화면 영역과 주변부를 가지며, 상기 입력 장치는 표시 화면의 주변부에 고정되고, 상기 입력 장치의 입력 영역은 표시 장치의 화면 영역 위에 위치하는 것을 특징으로 하는 입력 장치.
입력 장치에 대해 사용자의 입력을 결정하는 방법에 있어서,

a) 광원을 제공하고;

b) 광원으로부터 다수의 평행한 광 비임을 생성하며;

c) 평행한 광 비임을 입력 장치의 입력 영역을 가로지르도록 일제히 향하게 하고;

d) 입력 영역을 가로지른 후의 평행 광 비임을 동시에 수신하며;

e) 수신된 평행 광 비임 각각에 대해 광 강도를 결정하고; 그리고

f) 결정된 광 강도 값에 기초하여 입력 영역에 대해 사용자의 입력이 있는 지를 결정하는; 이상의 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는, 입력 장치에 대해 사용자의 입력을 결정하는 방법.
제 26 항에 있어서, 상기 방법은 입력 장치에 대해 사용자의 입력 위치를 결정하고, 상기 방법은:

g) 결정된 광 강도 값에 기초하여 입력 장치에 대해 사용자 입력의 위치를 결정하는; 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 입력 장치에 대해 사용자의 입력을 결정하는 방법.