KR20050000549A - 광 입력 디바이스와 공통 복사선 광원을 가지는 적어도하나의 다른 광 디바이스를 포함하는 장치 - Google Patents

광 입력 디바이스와 공통 복사선 광원을 가지는 적어도하나의 다른 광 디바이스를 포함하는 장치 Download PDF

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KR20050000549A
KR20050000549A KR10-2004-7018496A KR20047018496A KR20050000549A KR 20050000549 A KR20050000549 A KR 20050000549A KR 20047018496 A KR20047018496 A KR 20047018496A KR 20050000549 A KR20050000549 A KR 20050000549A
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레네 뒤이예베
프란시스쿠스 헤. 세. 베르벡
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코닌클리케 필립스 일렉트로닉스 엔.브이.
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Abstract

이동 물체에 의해 제어되는 광 입력 디바이스(220)를 포함하며, 또한 전자기 복사선(225, 226)이 공급되는 적어도 하나의 다른 광 디바이스(230,240)를 포함하는 장치에 있어서, 상기 입력 디바이스는 적어도 하나의 측정 빔을 상기 입력 디바이스의 창(221)으로 공급하기 위한 적어도 하나의 다이오드 레이저(222)를 포함하며, 상기 입력 디바이스의 다이오드 레이저의 적어도 하나의 후면(rear side)은 그 디바이스에 복사선을 공급하기 위해 다른 광 디바이스 중 적어도 하나에 광학적으로 연결된다. 이 방식으로, 공간과 코스트가 절감될 수 있으며, 이것은 이 장치를 소형의 배터리 전력으로 작동하는 모바일 장치, 예를 들어, 모바일 폰, 핸드헬드 컴퓨터, 랩탑 컴퓨터 등에 매우 적합하게 만든다.

Description

광 입력 디바이스와 공통 복사선 광원을 가지는 적어도 하나의 다른 광 디바이스를 포함하는 장치{APPARATUS COMPRISING AN OPTICAL INPUT DEVICE AND AT LEAST ONE FURTHER OPTICAL DEVICE HAVING A COMMON RADIATION SOURCE}
EP-A 0 942 285는 반전된 광 마우스를 특징으로 하는 광 입력 디바이스를 기술한다. 이 입력 디바이스는 고정되어 있으며 그리고 예를 들어 데스크 탑(desk top)이나 노트북(notebook) 컴퓨터 또는 핸드헬드 컴퓨터의 키보드에 내장되어 있고 이 입력 디바이스의 하우징에 있는 투명한 창에 가로질러 손가락을 이동시키는 것에 의해 제어된다. 이 입력 디바이스는, 손가락의 움직임을 측정하기 위한 광 모듈이 작게 만들어질 수 있기 때문에 소형일 수 있다. 사실, 이 입력 디바이스는 광 모듈로 감소된다. EP-A 0 942 285에 기술된 입력 디바이스의 여러 실시예 전부는 호모다인(homodyne)이나 헤테로다인(heterodyne) 검출법을 사용한다. 광 모듈에서, 회절 격자(diffraction grating)가 이 모듈 창 가까이에 배열된다. 이 회절 격자는, 다이오드 레이저에 의해 공급되는 측정 빔 복사선의 일부를 검출기로 반사하며, 이 검출기는 또한 손가락에 의해 반사되고 산란된 복사선의 일부를 수신한다. 이 회절 격자에 의해 반사되고 이 검출기에 의해 포획된 레이저 복사선은 국부 발진기 빔(local oscillator beam)으로 표시된다. 이 검출기는 이 국부 발진기 빔을 사용하여 손가락으로부터 복사선을 코히어런트하게 검출한다. 이 손가락에서 반사되어 국부 발진기 빔으로 검출기에 도달하는 복사선의 간섭은 이 검출기로부터 맥놀이 신호(beat signal)를 유발하며, 이 맥놀이 신호는 창 표면과 평행한 손가락의 운동으로 결정된다. EP-A 0 942 285의 광 측정 모듈은, 다이오드 레이저와 회절 격자 이외에 검출기 앞에 배치된 시준기 렌즈(collimator lens)와, 집광 렌즈 (focusing lens)와 핀홀 다이아프램(pinhole diaphragm)을 포함하며, 이 요소는 매우 정밀하게 정렬되어야 한다.
더 적은 수의 요소를 포함하고 제조하기에 더 용이한 더 간단한 광 입력 디바이스가 본 출원인의 이름으로 출원된 이전의 특허 출원에 기술되어 있다. 이 입력 디바이스는 다이오드 레이저에 소위 자가 혼합 효과(self-mixing effect)를 사용한다. 이것은, 다이오드 레이저에서 방출되어 레이저 공동(laser cavity)으로 다시 들어가는 복사선이 이 레이저의 이득에 변화를 유도하여 레이저에서 방출되는 복사선의 변화를 유도하는 현상이다. 이 디바이스에서, 창은 손가락이 이동되는 방향으로 성분을 가지는 스큐 레이저 빔(skew laser beam)에 의해 조명된다. 손가락이 이동되면, 손가락에서 산란되는 레이저 복사선은, 도플러 효과로 인해, 손가락과 창을 조명하는 복사선의 주파수와는 다른 주파수를 갖는다. 산란된 복사선의 일부는 손가락에 조명 빔을 집광시키는 동일한 렌즈에 의해 다이오드 레이저 위에 집광된다. 산란된 복사선의 일부가 레이저 미러를 통해 레이저 공동으로 들어가기 때문에, 복사선의 간섭이 레이저 공동에서 일어난다. 이것은 레이저와 방출된 복사선의 특성에 기본적인 변화를 유발한다. 자가 혼합 효과로 인해 변화하는 파라미터 (parameter)는 레이저 복사선의 파워(power), 주파수와 라인 폭(line width)과 레이저 임계 이득(threshold gain)이다. 레이저 공동에서 간섭의 결과는 산란된 복사선의 주파수와 측정 빔의 주파수 사이의 차와 같은 주파수에 따라 이들 파라미터의 값을 변동시킨다. 이 차이는 손가락의 속도 즉 일반적으로 디바이스 창에 대해 이동되는 물체의 속도와 같다. 따라서, 이 물체의 속도와 시간에 따른 적분에 의해 그 물체의 변위가 상기 파라미터 중 하나의 값을 측정하는 것에 의해 결정될 수 있다. 이 측정 방법은 단 몇 개의 간단한 성분에 의해서 수행될 수 있으며 이들 성분의 정밀한 정렬을 요구하지 않는다.
위에서 언급된 타입의 다른 디바이스 각각은 그 동작을 위해 전자기 복사선을 필요로 하며 이 복사선은 종래 방식으로 각 디바이스에 대해 별도의 광 방출 다이오드(LED)나 다른 광원에 의해 공급된다. 각 광원은 자기 고유의 하우징에 수납되어, 그 결과 다수의 광 기능이 하나의 장치에 통합되어야 할 때, 광원의 하우징에 의해 차지되는 공간이 특히 핸드헬드 장치에서 문제가 된다. 더구나, 이들 광원은 그 복사 효율이 낮아, 많은 전기 에너지를 소비한다. 핸드헬드 장치에서 에너지는 배터리로 공급되기 때문에, 이들 배터리는 다소 빈번히 재충전되어야 하며, 이것은 유저를 성가시게 한다. 복사선 광원이 비교적 고가의 부품이기 때문에, 다수의 그러한 성분을 사용하는 것은 전체 장치를 비싸게 만든다.
본 발명은 이동하는 물체에 의해 제어되는 광 입력 디바이스를 구비하며 또한 전자기 복사선이 공급되는 적어도 하나의 다른 광 디바이스를 구비하는 장치에 관한 것이다.
상기 이동하는 물체는 예를 들어 사람의 손가락이지만 또한 입력 디바이스의 창을 가로질러 이동되기에 적합한 임의의 물체일 수도 있다.
본 발명은, 소형 핸드헬드 장치, 예를 들어 모바일 폰(mobile phone), 퍼스널 디지털 어젠더(personal digital agenda)와, 핸드헬드 컴퓨터(hand-held computer)에 사용하기에 특히 적합하다. 그러한 장치는 외부 광원으로부터 수신되거나 또는 유저에 의해 입력되거나 또는 디지털 프로세서(내부 마이크로컴퓨터)에 의해 생성되는 정보를 디스플레이 하기 위한 평판 디스플레이 패널(flat display panel)을 포함한다. 이 장치는, 다이얼 입력(dial entry)을 위한 키보드, 즉 전화 번호를 선택하기 위한 키보드와, 다른 기능 예를 들어 디지털 프로세서에 저장되어 있거나 이 장치가 접속한 외부 광원으로부터 이용가능한 소프트웨어 프로그램을 활성화시키는 것과 같은 다른 기능을 더 포함한다. 본 장치는 부족한 일광 조건에서키보드를 조명하기 위한 조명 디바이스(illumination device)를 더 포함할 수 있다. 소프트웨어 메뉴를 스크롤링(scrolling)하며 그러한 메뉴에서 특정 프로그램을 선택하기 위해, 본 장치는 유저의 손가락에 의해 제어되는 입력 디바이스를 구비한다.
디스플레이 패널을 가로질러 커서(cursor)를 이동시키고 이 커서의 주어진 위치에서 클릭(clicking)하기 위한 입력 디바이스는 종래 방식으로 예를 들어 노트북의 키보드에 통합된 패드(pad)에 의해 형성된다. 그러한 패드는 특정 공간을 필요로 하여 핸드헬드 장치에 사용하기에 덜 적합하다. 개발되어 있거나 개발되고 있는 광 입력 디바이스가 그러한 응용에 훨씬 더 적합하다.
도 1 은 본 발명이 포함되는 모바일 폰의 제 1 실시예를 도시하는 도면.
도 2 는 이러한 모바일 폰의 제 2 실시예를 도시하는 도면.
도 3 은 알려진 광 입력 디바이스를 도시하는 도면.
도 4a 는 새로운 광 입력 디바이스의 일 실시예의 횡단면도.
도 4b 는 이 실시예의 평면도.
도 5 는 이 입력 디바이스의 측정 원리를 도시하는 도면.
도 6 은 서로에 대해 물체와 이 디바이스의 움직임의 함수로서 레이저 공동의 이득과 광 주파수의 변동을 도시하는 도면.
도 7 은 이 변동을 측정하는 방법을 도시하는 도면.
도 8 은 광 피드백을 갖는 레이저의 온도의 함수로서 레이저 파장의 변동을 도시하는 도면.
도 9 는 레이저를 위한 주기적으로 가변하는 구동 전류(drive current)를 사용하는 효과를 도시하는 도면.
도 10 은 움직임 방향이 검출되는 방법을 도시하는 도면.
도 11 은 3개의 측정 축이 있는 광 입력 디바이스를 도시하는 도면.
도 12a 및 도 12b 는 광섬유가 사용되는 입력 디바이스의 일 실시예를 도시하는 도면.
도 13 및 도 14 는 스크롤 동작과 클릭 동작을 하는 입력 디바이스의 제 1 실시예를 도시하는 도면.
도 15 는 이 디바이스의 제 2 실시예를 도시하는 도면.
도 16 은 본 발명에 따른 장치에 사용하기 위한 투과형 LCD 패널을 도시하는 도면.
도 17 은 이러한 패널과 함께 사용되기 위한 조명 수단의 일 실시예를 도시하는 도면.
도 18 은 반사형 LCD 패널을 도시하는 도면.
도 19 는 이러한 패널과 함께 사용되기 위한 조명 수단의 일 실시예를 도시하는 도면.
도 20a 및 도 20b 는 본 발명에 따른 장치에 사용하기 위한 이미지 감지 디스플레이 디바이스의 2개의 실시예를 도시하는 도면.
도 21 은 광 입력 디바이스로부터 오는 복사선이 디스플레이 패널용 조명 수단에 공급될 수 있는 방법을 도시하는 도면.
도 22 내지 도 27 은 다른 개수의 다이오드 레이저를 갖는 광 입력 디바이스로부터 오는 복사선을 다른 개수의 다른 광 디바이스에 공급하는 예를 도시하는 도면.
도 28 은 광 키보드를 가지는 모바일 폰의 평면도.
도 29 는 이 모바일 폰의 횡단면도.
도 30 은 이 모바일 폰에서 광 가이드의 일 실시예의 평면도.
도 31 은 이들 광 가이드의 다른 예를 도시하는 평면도.
도 32 는 광 키보드를 갖는 광 입력 디바이스를 통합한 것을 도시하는 도면.
도 33 은 본 발명이 구현되는 코드리스 폰을 도시하는 도면.
도 34 는 본 발명이 구현되는 랩탑 컴퓨터를 도시하는 도면.
본 발명의 목적은, 디바이스를 위한 복사선을 생성하기 위한 수단이 본 장치의 부피에서 작은 부분만을 차지하며 그리고 이 수단이 더 적은 전기 전력을 소비하는 전술된 바와 같은 장치를 제공하는 것이다. 본 장치는, 입력 디바이스가 이 입력 디바이스의 창에 적어도 하나의 측정 빔을 공급하기 위한 적어도 하나의 다이오드 레이저를 포함하며, 상기 측정 빔은 상기 창에 대해 물체의 움직임을 측정하며, 그리고 상기 입력 디바이스의 다이오드 레이저의 적어도 하나의 후면(rear side)은 이러한 디바이스에 복사선을 공급하기 위해 다른 광 디바이스의 적어도 하나에 광학적으로 연결되는 것을 특징으로 한다.
다이오드 레이저의 후면은 측정 빔이 방출되는 면(side)과 마주하는 다이오드 레이저의 복사선 방출 면을 의미하는 것으로 이해된다.
본 입력 디바이스는 하나를 초과하는 다이오드 레이저를 구비할 수 있다. 이 경우에, 입력 디바이스의 하나를 초과하는 다이오드 레이저는 또한 복사선을 상기 다른 디바이스에 공급할 수 있다. 입력 디바이스의 각 다이오드 레이저는 복사선을 다른 디바이스의 다른 하나에 공급할 수도 있으며 또는 입력 디바이스의 모든 다이오드 레이저는 다른 디바이스 모두에 복사선을 공급할 수도 있다. 입력 디바이스의 하나의 다이오드 레이저는 다른 디바이스의 하나에 또한 공급하는 반면, 입력 디바이스의 나머지 다이오드 레이저 각각은 나머지 다른 디바이스 모두에 복사선을 공급하는 것도 또한 가능하다.
본 발명은, 다이오드 레이저가 레이저 결정(crystal)의 2개의 마주하는 면,즉 전면(front side)과 후면(rear side)에서 광을 방출한다는 사실을 유리하게 이용한다. 다이오드 레이저의 종래의 응용에서, 전면은 광원으로 사용되고 후면은 복사선 감지 검출기, 즉 모니터 다이오드를 보는데, 이는 통상 레이저 빔의 세기를 제어하는데 사용된다. 본 발명의 장치에서, 다이오드 레이저의 전면에서 방출되는 레이저 빔은 입력 디바이스의 측정 빔으로 사용되는 반면, 다이오드 레이저의 후면에서 방출되는 레이저 빔은 본 장치에 존재하는 다른 디바이스를 위한 조명 빔으로 사용된다. 레이저 복사선의 세기를 측정하고 그리고 입력 디바이스의 창에 대해 물체의 움직임을 결정하기 위한 복사선 감지 검출기, 즉 포토다이오드는 상기 다른 디바이스의 적어도 하나에 또는 입력 디바이스에 통상적인 위치와는 다른 위치에 배열될 수 있다.
본 장치의 제 1 실시예는 입력 디바이스의 다이오드 레이저의 적어도 하나가 광 키보드의 광 가이드(light guide)에 광학적으로 연결되는 것을 특징으로 한다.
광 키보드는 이동가능한 키(버튼)와 이 키보드 표면 아래에 배치되고 이 키의 위치를 따라 복사선을 복사선 감지 검출기로 가이드(guide)하는 수단을 구비하는 평판 광 가이드를 구비한 키보드를 의미하는 것으로 이해된다. 각 키는, 키를 누를 때, 광 가이드 내에 있는 복사선 경로로 이동하며 이 광 경로를 거쳐 검출기가 수신하는 복사선의 양을 변경시키는 부분을 가진다. 이러한 광 키보드는 그 자체가 예를 들어 EP-A 1 094 482에 알려져 있으며 디스플레이와 광 키보드를 구비하는 휴대용 통신 장치에 관한 것이다. 디스플레이의 백라이트(backlight)와 광 가이드에는 동일한 광원, 즉 다수의 LED로부터 복사선이 공급된다. 본 장치는 하나 이상의 다이오드 레이저를 구비하는 광 입력 디바이스를 포함하지 않는다.
본 장치의 제 2 실시예는 입력 디바이스의 다이오드 레이저 중 적어도 하나가 평판 디스플레이 패널을 조명하기 위한 조명 수단에 광학적으로 연결된 것을 특징으로 한다. 평판 디스플레이 패널은, 디스플레이된 이미지가 생성되는 광 밸브 즉 픽셀의 매트릭스를 균일하게 조명하기 위해 백라이트를 사용하는 임의의 디스플레이 패널일 수 있다. 이러한 디스플레이 패널의 예는 액정 패널이거나 전기 영동이나 전기 발광에 기초한 디스플레이 패널이다. 다이오드 레이저로부터 나오는 복사선은 미러(mirror)와 같은 고정 수단(stationary means)을 거쳐 광 가이드(light guide)로 향한다. 입력 디바이스와 디스플레이 디바이스가 서로에 대해 기울어질 수 있는 본 장치의 다른 부분 내에 내장되는 경우에, 광 섬유와 같은 유연한 수단이 다이오드 레이저로부터 광 가이드로 복사선을 가이드 하는데 사용될 수 있다.
본 장치의 제 3 실시예는 입력 디바이스의 다이오드 레이저의 적어도 하나가 본 장치의 키보드를 조명하기 위한 조명 디바이스에 광학적으로 연결되는 것을 특징으로 한다.
이러한 조명 디바이스는 그 자체가 특히 US-A 5,815,225에 알려져 있으며 이는 광원을 기계적인 키보드로 백라이팅하는 액정 디스플레이로부터 복사선을 전달하는데 광 파이프(pipe)가 사용되는 랩탑 컴퓨터(laptop computer)에 관한 것이다. 이것은 흐린 날이나 인공적인 조명 상태에서 주변 작업 영역과 키보드에 대해 우수한 조망(good view)을 가능하게 한다.
본 장치의 제 4 실시예는 입력 디바이스의 다이오드 레이저의 적어도 하나가본 장치의 광 마이크로폰에 연결되는 것을 특징으로 한다.
광 마이크로폰은 광 빔과 예를 들어 이 마이크로폰의 막(membrane)에서 반사된 빔의 움직임으로서 막의 진동에 의해 유발된 그 움직임을 측정하기 위한 위치 감지 검출기를 사용한다. 이 마이크로폰을 위한 측정 빔은 광 입력 디바이스의 다이오드 레이저에 공급될 수 있다.
광 입력 디바이스에 대해, 수 개의 주 실시예가 가능하다.
이들 실시예 중 제 1 실시예는, 입력 디바이스가 측정 빔의 일부를 기준 빔으로서 분할하기 위해 창 가까이에 배열된 부분적으로 투과하는 물체와, 기준 빔과 물체에서 반사된 측정 빔 복사선을 수신하기 위해 작은 개구가 있는 복사선 감지 검출 수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.
이 광 입력 디바이스는 그 자체가 EP-A 0 942 285에 알려져 있으며, 이는 많은 광 디바이스를 포함하는 장치에 통합된 것에 관한 것이 아니라 그 입력 디바이스에만 관한 것이다. 가장 실제적으로, 부분적으로 투과하는 물체는 회절 격자 (diffraction grating)이며 복사선 감지 수단에 있는 작은 개구는 포토다이오드의 앞에 배열된 핀홀(pinhole)에 의해 실현된다.
광 입력 디바이스가 물체에서 반사된 측정 빔 복사선을 전기 신호로 변환하기 위한 변환 수단을 구비하는 제 2 바람직한 주 실시예는, 이 변환 수단이 레이저 공동과 이 레이저 공동의 동작 변화를 측정하기 위한 측정 수단을 조합한 것으로 구성되는 것을 특징으로 하며, 여기서 이 변화는 레이저 공동에 다시 들어가는 반사된 측정 빔 복사선과 이 공동 내의 광파의 간섭으로 인해 발생되며 그 물체의 움직임을 나타내는 것이다.
이 주 실시예의 이 광 입력 디바이스는 더 적은 수의 부품을 포함하며, 제 1 주 실시예의 것보다 제조하기가 더 용이하다.
제 2 주 실시예의 제 1 실시예는 측정 수단이 레이저 공동의 임피던스 (impedance)의 변동을 측정하기 위한 수단인 것을 특징으로 한다.
제 2 주 실시예의 바람직한 실시예는 측정 수단이 레이저가 방출하는 복사선을 측정하기 위한 복사선 검출기인 것을 특징으로 한다.
복사선 검출기는 측정 빔의 복사선의 일부를 수신하는 방식으로 배열될 수 있다.
그러나, 입력 디바이스의 이 실시예는, 바람직하게는 복사선 검출기가 측정 빔이 방출되는 레이저 공동의 면(side)에 배열되는 것을 특징으로 한다.
예를 들어, 그러한 세기 측정 포토다이오드는, 다이오드 레이저와 입력 디바이스의 렌즈 사이에, 입력 디바이스가 입력 디바이스의 부품에서 반사된 복사선을 수신하는 위치에나 또는 측정 빔에서 분할된 복사선을 수신하는 위치에 배열될 수 있다.
물체의 조명되는 표면에 평행한 평면에서 서로에 대해 상기 물체와 디바이스의 움직임을 측정하기 위한 입력 디바이스를 구비하는 장치는, 광 입력 디바이스가, 적어도 2개의 다이오드 레이저와, 물체의 조명되는 표면에 평행한 제 1 및 제 2 측정 축을 따라 상기 물체와 상기 디바이스의 상대적인 움직임을 측정하기 위한 적어도 하나의 검출기를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이후 설명되는 바와 같이, 2개 이상의 측정 빔을 사용하는 이 디바이스와 다른 디바이스는 각 측정 빔을 위한 별도의 검출기를 구비할 수 있다. 그러나, 또한 시분할(time-sharing)이 사용되는 경우 모든 측정 빔에 대해 하나의 동일한 검출기를 사용하는 것도 가능하다.
상기 물체와 디바이스의 제 3의 상대적인 움직임을 측정하기 위한 입력 디바이스를 구비하는 장치는, 광 입력 디바이스가, 3개의 다이오드 레이저와, 제 1, 제 2, 및 제 3 측정 축을 따라 상기 물체와 디바이스의 상대적인 움직임을 측정하기 위한 적어도 하나의 검출기를 포함하며, 여기서 상기 제 1 및 제 2 축은 상기 물체의 조명되는 표면에 평행하며 상기 제 3 축은 이 표면에 거의 수직한 것을 특징으로 한다.
상기 입력 디바이스의 이 실시예는 제 3 측정 축을 따라 상기 물체와 디바이스의 하나의 움직임을 인식하며 이 움직임을 클릭 동작(click action)이 결정될 수 있는 전기 신호로 변환한다.
스크롤 동작과 클릭 동작 모두를 결정할 수 있는 광 입력 디바이스를 구비하는 장치는, 광 입력 디바이스가, 2개의 다이오드 레이저와, 상기 물체의 표면에 평행한 제 1 측정 축을 따라 그리고 이 물체 표면에 거의 수직한 제 2 측정 축을 따라 상기 물체와 디바이스의 상대적인 움직임을 측정하기 위한 적어도 하나의 검출기를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 제 1 측정 축은 스크롤 동작을 결정하기 위해 사용되며 제 2 측정 축은 클릭 동작을 결정하기 위해 사용된다.
대안적으로, 본 장치는, 광 입력 디바이스가, 2개의 다이오드 레이저와, 제 1 및 제 2 측정 축을 따라 상기 물체와 디바이스의 상대적인 움직임을 측정하기 위한 적어도 하나의 검출기를 포함하며 상기 제 1 및 제 2 측정 축은 물체 표면에 수직한 선에 대해 마주보는 각(opposite angles)으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
두 측정 축으로부터 나오는 신호는 스크롤 동작과 클릭 동작에 관한 정보를 포함하며, 특정 클릭 동작 정보 뿐만 아니라 특정 스크롤 동작 정보는 2개의 측정 축의 정보를 적절히 조합하는 것에 의해 분리될 수 있다.
이 새로운 장치는 모바일 폰, 코드리스 폰, 랩탑 컴퓨터 또는 핸드헬드 컴퓨터에서와 같이 여러 응용에 사용될 수 있다.
본 발명의 이들 및 다른 측면은 비제한적인 예에 의해 이후 기술된 실시예를 참조하여 명료하게 될 것이다.
도 1 은 즉 모바일, 또는 셀룰러, 전화 장치(1)에서 새로운 입력 디바이스의 제 1의 중요한 응용을 도시한다. 본 장치의 전면에는 키 입력 부분, 또는 키보드 (3)가 제공되며, 이 키보드(3)는 다이얼 입력과 다른 기능을 위한 다수의 버튼 스위치(키)(4)를 포함한다. 디스플레이 디바이스(5)는 키 입력 부분(3) 위에 배치되며 폰(1)의 상면에는 안테나(7)가 제공된다. 10개의 키 다이얼과 같은 다이얼 또는다른 명령이 버튼 스위치(4)로부터 입력될 때, 입력된 명령에 관한 정보는 폰에 수용된 전송 회로(미도시)와 안테나를 통해 전화 회사의 기지국(base station)으로 전송된다. 버튼 스위치를 거쳐 입력된 다른 명령은 저장되어 있는 리스트의 정해진 폰 번호를 선택하거나 표준 메시지 테이블로부터 정해진 메시지를 송신하는 것과 같은, 폰 회로에 내장된 다른 기능을 활성화시키기 위해 폰 회로에서 처리될 수 있다. 디스플레이 디바이스(5)를 가로질러 커서(8)의 움직임을 제어하기 위한 입력 디바이스(10)와 추가적인 회로를 폰 장치에 제공하는 것에 의해, 기존의 기능의 일부가 더 용이하게 수행될 수 있고 그리고 새로운 기능이 생성될 수도 있다. 입력 디바이스(10) - 이 입력 디바이스의 창만이 도 1에 도시되어 있음 - 는, 예를 들어 도 1에 도시되어 있는 바와 같이 버튼 스위치 아래에, 또는 측면 표면들 중 하나 위에 폰 위 여러 위치에 배열될 수 있다. 바람직하게는, 입력 디바이스의 창은, 손가락이 통상 폰 장치를 잡기 위해 놓여지는 위치 중 하나에 위치된다. 본 장치의 회로는 기능 메뉴를 디스플레이 할 수 있으며, 입력 디바이스(10)의 입력 창을 가로지르는 손가락의 움직임으로 주어진 기능에 커서(8)를 이동시킬 수 있다. 창에 수직한 방향으로 손가락을 이동시키는 것으로 이 기능을 활성화시킬 수 있다.
입력 디바이스(10)는 WAP 프로토콜이나 I-모드 인터넷 프로토콜과 같은 표준 프로토콜을 구비하는 모바일 폰에 집적될 때 많은 잇점을 제공할 수 있다. 이러한 프로토콜에 의하여 본 장치는 인터넷과 같은 월드와이드 통신 네트워크를 위한 단말로 사용될 수 있다. 이것이 점점 더 널리 보급됨에 따라, 새로운 최종 사용자 장치를 위한 요구가 존재한다. 제 1 후보는 모바일 폰과 셋탑 박스를 구비하는 TV 세트이다. 새로운 목적을 위하여 이들 장치는 매우 적합한 작은 입력 디바이스 예를 들어 모바일 폰이나 TV 리모트 컨트롤을 구비하여야 한다.
더 새로운 응용을 위해, 디스플레이 디바이스(5)는 도 1에 도시된 것보다 키보드(3)에 대해 통상 더 크다는 것을 주목하여야 한다. 이것은 광 입력 디바이스의 통합을 위해 키보드에 이용가능한 공간이 제한되어 있어 이 디바이스가 작아야 한다는 것을 의미한다. 2개의 부분을 포함하며 사용시에 접을 수 있는 더 새로운 타입의 모바일 폰은 대형 디스플레이를 사용할 수 있게 한다. 이러한 모바일 폰은 도 2에 개략적으로 도시되어 있다.
광 입력 디바이스는 EP-A 0 924 285에 기술되어 있는 타입의 디바이스일 수 있다. EP-A 0 924 285로부터 재현되어 있는 도 3은 손가락 표면일 수 있는 표면 (12)의 이동을 측정하기 위한 입력 디바이스를 도시한다. 본 디바이스는 표면(12)에 입사하는 측정 빔(15)을 공급하기 위한 다이오드 레이저(14)를 포함한다. 부분적으로 투과하는 회절 격자(16)는 표면(12)에 가까이 배열된다. 이 회절 격자로부터 반사된 광과 표면(12)으로부터 반사된 광은 모두 공간 필터를 통과한 후 복사선 감지 검출기(22)에 입사한다. 이 필터는 렌즈(18)와 핀홀(20)로 구성된다. 이 검출기에서 간섭 광은 맥놀이 신호(beat signal), 즉 표면 이동에 따라 진동하는 신호를 생성한다. 회절 격자에 의해 반사되어 검출기(22)에 의해 포획된 복사선의 빔은 국부 발진기 빔으로 사용된다. 바람직하게는, 이 빔은 회절 격자에 의해 0차(zero order)에서 반사된 복사선을 포함한다. 이 회절 격자는 또한 플러스 및 마이너스 1차 빔(first-order beam)(19 및 21)을 생성하며, 이 빔이 또한 사용될 수 있다. 도3에서 참조 부호 17은 표면(12)에서 산란된 광을 나타낸다. 이 디바이스와 그 실시예에 관한 상세한 사항에 관해서는 EP-A 0 942 285를 참조하면 된다.
바람직하게는, 최근에 본 발명자의 실험실에서 개발된 입력 디바이스를 사용하는 것이다. 다른 검출 개념에 기초한 본 디바이스는 제조하기에 더 용이하며 더 많은 능력을 구비한다.
도 4a 는 이 입력 디바이스(30)의 개략적인 횡단면도를 도시한다. 본 디바이스는 그 하부 측에 다이오드 레이저, 이 실시예에서 타입 VCSEL의 레이저를 위한 지지대인 베이스판(31)과, 검출기, 예를 들어 광다이오드를 포함한다. 도 4a에서는, 단 하나의 다이오드 레이저(33)와 이와 연관된 광다이오드(34)만이 도시되어 있으며, 그러나, 적어도 제 2 다이오드 레이저(35)와 이와 연관된 검출기(36)가 본 디바이스의 도 4b의 평면도에 도시된 바와 같이 베이스판 위에 제공될 수 있다. 다이오드 레이저(33 및 35)는 레이저 빔, 즉 측정 빔(43 및 47)을 각각 방출한다. 본 디바이스의 상부 측에서 본 디바이스는 사람의 손가락(45)이 가로질러 이동되는 투명한 창(42)을 구비한다. 렌즈(40), 예를 들어 평볼록 렌즈가 다이오드 레이저와 창 사이에 배열된다. 이 렌즈는 레이저 빔(43 및 47)을 투명한 창의 상부 측에 또는 이 상부 측 가까이에 집광시킨다(focus). 만일 손가락(45)과 같은 물체가 이 위치에 존재하는 경우, 이 물체는 빔(43)을 산란시킨다. 빔(43)의 복사선의 일부는 조명 빔(43)의 방향으로 산란되며, 이 일부는 다이오드 레이저(43)의 방출 표면 위의 렌즈(40)에 의해 수렴되며 이 레이저의 공동으로 다시 들어간다. 이후 설명되는 바와 같이, 공동으로 되돌아가는 복사선은 이 공동에 변화를 유도하며, 이 변화는특히 다이오드 레이저에 의해 방출되는 레이저 복사선의 세기의 변화를 야기한다. 이것은 자가 혼합 효과(self-mixing effect)라고 불리운다. 본 디바이스의 오리지널 버전에서, 자가 혼합 효과로 인해 이 세기의 변화는 광다이오드(44)에 의해 검출될 수 있으며, 이 광다이오드는 복사선의 변동을 전기 신호로 변환한다. 이 신호는 전자 회로(48)에서 처리된다. 광다이오드(34 및 36)의 신호를 위해 도 4a 및 도 4b에 도시된 회로(48 및 49)는 각각 예시를 위한 목적만을 가지며 다소 종래의 것일 수 있다. 도 4b에 예시된 바와 같이, 이들 회로는 상호 연결될 수 있다.
도 5 는 레이저의 후면(rear facet)에 배열된 모니터 광다이오드와 수평 방출 다이오드 레이저가 사용되는 경우 측정 방법 및 입력 디바이스의 원리를 예시한다. 도 5에서, 다이오드 레이저, 예를 들어 다이오드 레이저(33)는 개략적으로 그 공동(50)과 그 전면 및 후면 또는 레이저 미러(51 및 52)에 의해 각각 도시된다. 이 공동은 길이(L)를 가진다. 그 움직임이 측정되는 물체나 손가락은 참조 부호 45로 표시된다. 이 물체와 전면(51) 사이의 공간은 길이(L0)를 가지는 외부 공동 (external cavity)을 형성한다. 이 전면을 통해 방출되는 레이저 빔은 참조 부호 (55)로 표시되며, 이 전면의 방향으로의 이 물체에서 반사된 복사선은 참조 부호 (56)로 표시된다. 레이저 공동에서 생성된 복사선의 일부는 이 후면을 통과하며 광다이오드(34)에서 포획된다.
만일 물체(45)가 조명 빔(43)의 방향으로 이동하면, 반사된 복사선(56)은 도플러 이동(Doppler shift)을 겪는다. 이것은, 이 복사선의 주파수가 변화하거나 또는 주파수 이동이 일어난다는 것을 의미한다. 이 주파수 이동은 물체가 이동하는 속도에 따라 다르며 수 ㎑ 내지 ㎒ 정도이다. 레이저 공동으로 다시 들어가는 주파수 이동된 복사선은 광파 즉 이 공동에서 생성된 복사선과 간섭하며, 즉 자가 혼합 효과가 이 공동에서 일어난다. 광파와 이 공동으로 다시 들어가는 복사선 사이의 위상 이동의 양에 따라, 이 간섭은 보강 간섭이나 상쇄간섭이 되며, 즉 레이저 복사선의 세기는 주기적으로 증가되거나 감소된다. 이 방식으로 생성된 레이저 복사선 변조의 주파수는 이 공동에서 광파의 주파수와 이 공동으로 다시 들어가는 도플러 이동된 복사선의 주파수 사이의 차이와 정확히 같다. 이 주파수 차이는 수 ㎑ 내지 ㎒ 정도이며 그리하여 검출하기에 용이하다. 자가 혼합 효과와 도플러 이동의 결합에 의해 레이저 공동의 거동에 변화가 일어나며, 특히 그 이득이나 광 증폭이 변화된다.
이것은 도 6에 도시되어 있다. 이 도 6에서, 곡선(61 및 62 )은, 방출된 레이저 복사선의 주파수(υ)의 변동과, 다이오드 레이저의 이득(g)의 변동을, 물체 (45)와 전면 미러(51) 사이의 거리(L0)의 함수로서 나타낸다. υ, g, 및 L0는 모두 임의의 단위이다. 거리(L0)의 변동이 물체의 움직임의 결과이기 때문에, 도 6의 횡좌표는, 이득이 시간의 함수로서 도시되도록 시간축으로 재조정(re-scaled)될 수 있다. 물체의 속도(v)의 함수로서 이득 변동(Δg)은 다음 방정식으로 주어진다:
Δg = -K.cos.{4π.υ.v.t+4π.L 0 .t}
L c c
이 방정식에서,
- K 는 외부 공동에 대한 결합 계수(coupling coefficient)이며; 이는 레이저 공동 밖으로 결합되는 복사선의 양을 나타낸다;
- υ는 레이저 복사선의 주파수이며;
- v 는 조명 빔의 방향으로의 물체의 속도이며;
- t 는 시각이며,
- c 는 광속이다.
이 방정식은, 논문 "Small laser Doppler velocimeter based on the self-mixing effect in a diode laser" (Applied Optics, Vol.27, No.2, January 15, 1988, page 379-385) 및 논문 "Laser Doppler velocimeter based on the self-mixing effect in a fiber-coupled semiconductor laser: theory" (Applied Optics, Vol.31, No.8, June 20, 1992, page 3401-3408)에 개시된 자가 혼합 효과에 기초한 이론으로부터 유도될 수 있다. 이들 논문은, 물체, 즉 일반적인 고체와 유체의 속도를 측정하기 위한 자가 혼합 효과의 사용을 개시하고 있으나 본 명세서에서 논의되는 바와 같은 입력 디바이스에서 자가 혼합 효과의 사용을 제안하고 있지는 않다. 이 사용은 자가 혼합 효과를 사용하는 측정 모듈이 아주 작고 저렴하게 만들어 질 수 있어 이 측정 모듈이 기존의 장치에 많은 비용을 추가하지 않고 용이하게 설치될 수 있다는 인식에 기초하고 있다.
물체 표면(45)은 도 5에서 화살표 46으로 표시된 바와 같이 그 평면 내에서 이동된다. 도플러 이동이 이 빔의 방향으로의 물체가 움직이는 경우에서만 일어나기 때문에, 이 움직임(46)은 이 방향으로 성분(46')을 가지도록 하여야 한다. 이에 의해 그 움직임이 X 움직임이라고 불리울 수 있는 XZ 평면에서의 움직임, 즉 도 5의 도면의 평면에서의 움직임을 측정하는 것이 또한 가능하게 된다. 도 5 는 물체의 표면이 본 시스템의 나머지에 대해 비스듬한 위치(skew position)를 가지는 것을 보여준다. 실제로, 통상 측정 빔은 비스듬한 빔이며 물체 표면의 움직임이 XY 평면에서 일어날 수 있다. Y 방향은 도 5에서 도면의 평면에 수직이다. 이 방향으로의 움직임은 제 2 다이오드 레이저에서 방출되는 제 2 측정 빔으로 측정될 수 있으며 그 산란된 광은 제 2 다이오드 레이저와 연관된 제 2 광다이오드에 의해 포획된다. 비스듬한 조명 빔(들)은 도 4a에 도시된 바와 같이, 렌즈(40)에 대해 편심적으로 다이오드 레이저(들)를 배열하는 것에 의해 얻어진다.
본 디바이스의 오리지널 버전에서 모니터 다이오드에 의해 후면 레이저 면에서 복사선의 세기를 측정하는 것에 의해 물체의 움직임으로 야기된 레이저 공동 이득의 변동을 결정하는 것이 가장 간단하며 그리하여 가장 매력적인 방법이다. 종래에는, 이 다이오드는 레이저 복사선의 세기를 일정하게 유지하는데 사용되고 있었지만 이제 이 다이오드는 물체의 움직임을 측정하는데 또한 사용된다.
이득 변동과, 그리하여 물체의 움직임을 측정하는 다른 방법은, 레이저 복사선의 세기가 레이저의 접합면 내 전도 대역(conduction band)에 있는 전자의 수에 비례한다는 사실을 이용한다. 이 수는 차례로 이 접합면의 저항에 반비례한다. 이 저항을 측정함으로써, 물체의 움직임이 결정될 수 있다. 이 측정 방법의 실시예가 도 7에 예시되어 있다. 이 도 7에서, 다이오드 레이저의 활성 층(active layer)은참조 부호 65로 표시되며, 이 레이저에 공급하기 위한 전류원(current source)은 참조 부호 66으로 표시된다. 다이오드 레이저 양단의 전압은 커패시터(68)를 경유하여 전자 회로(70)에 공급된다. 레이저를 통한 전류로 정규화된 이 전압은 레이저 공동의 저항, 즉 임피던스에 비례한다. 다이오드 레이저와 직렬인 인덕턴스(67)는 다이오드 레이저 양단에 신호를 위한 고 임피던스를 형성한다.
움직임의 양, 즉 물체나 손가락이 이동하며 시간에 따라 측정된 속도를 적분하여 측정될 수 있는 거리 외에, 움직임의 방향이 또한 검출되어야 한다. 이것은, 물체가 움직임 축을 따라 전방향으로 또는 후방향으로 이동하는지가 결정되어야 하는 것을 의미한다. 움직임의 방향은 자가 혼합 효과로부터 유발되는 신호 형상을 결정함으로써 검출될 수 있다. 도 6에서 그래프 (62)에 의해 도시된 바와 같이, 이 신호는 비대칭 신호이다. 이 그래프(62)는 물체(45)가 레이저 쪽으로 이동하는 상황을 나타낸다. 상승 기울기(62')는 하강 기울기(62")보다 더 가파르다. 전술된 논문(Applied Optics, Vol.31, No.8, June 20, 1992, page 3401-3408)에 기술된 바와 같이, 이 비대칭은 레이저로부터 멀리 있는 물체의 움직임에서는 역전되며, 즉 하강 기울기가 상승 기울기보다 더 가파르다. 자가 혼합 신호의 비대칭의 타입을 결정하는 것에 의해 물체의 움직임 방향이 확정될 수 있다. 예를 들어, 물체와 다이오드 레이저 사이의 거리가 더 크거나 물체의 반사 계수가 더 작은 특정 상황에서는 이 자가 혼합 신호의 형상이나 비대칭을 결정하는 것이 곤란하게 될 수 있다.
그리하여 움직임의 방향을 측정하는 다른 방법이 선호된다. 이 방법은, 레이저 복사선의 파장(λ)이 다이오드 레이저의 온도와 그리하여 다이오드 레이저를 통과하는 전류에 의존한다는 사실을 이용한다. 예를 들어, 다이오드 레이저의 온도가 증가하면, 레이저 공동의 길이는 증가하며 증폭되는 복사선의 파장이 증가한다. 도 8의 그래프(75)는 방출되는 복사선의 파장(λ)의 온도(Td) 의존성을 보여준다. 이 도 8에서, 수평 축(Td)과 수직 축(λ)은 모두 임의의 단위이다.
도 9에 도시된 바와 같이, 이 그래프(80)로 표시되는 주기적인 구동 전류 (Id)가 다이오드 레이저에 공급되면, 다이오드 레이저의 온도(Td)는 그래프(82)에 도시된 바와 같이 주기적으로 상승 및 하강한다. 이것은 레이저 공동에 정재파 (standing optical wave)를 생성하는데, 이 정재파는 주기적으로 변하는 주파수 그리하여 물체에서 반사되고 특정 시간이 지연되어 이 공동으로 다시 들어가는 복사선에 대해 연속적으로 변하는 위상 이동을 가지고 있다. 구동 전류의 매 절반 주기마다, 이 공동 내의 파(wave)와, 이 공동으로 다시 들어가는 반사된 복사선의 위상 관계에 따라 다이오드 레이저 이득이 더 높고 더 낮은 연속하는 시간 세그먼트 (time segment)가 이제 있게 된다. 이것은 도 9의 그래프(84)에 도시된 바와 같이 방출된 복사선의 시간 의존 세기 변동(I)으로 나타난다. 이 그래프는 정지한 즉 움직이지 않는 물체에 대한 상황을 나타낸다. 제 1 절반 주기 1/2p(a)에서의 펄스의 수는 제 2 절반 주기 1/2p(b)에서의 펄스 수와 같다.
물체의 움직임은 레이저 공동으로 다시 들어가는 복사선의 도플러 이동을 야기하며, 즉 이 복사선의 주파수는 움직임의 방향에 따라 증가하거나 감소한다. 한 방향, 즉 전방 방향으로의 물체의 움직임은 다시 들어가는 복사선의 파장의 감소를유발하며, 그 반대 방향으로의 움직임은 이 복사선의 파장의 증가를 유발한다. 레이저 공동에서 광파의 주기적인 주파수 변조의 효과는, 도플러 이동이 레이저 공동에서 주파수 변조와 동일한 부호를 가지는 경우에, 이 공동으로 다시 들어가는 도플러 이동된 복사선의 효과가 상기 주파수 변조와 도플러 이동이 반대 부호를 가지는 경우에 이 복사선이 가지는 효과와는 다르다는 것이다. 만일 2개의 주파수 이동이 동일한 부호를 가지는 경우, 그 파와 다시 들어가는 복사선 사이의 위상 차는 느린 속도로 변화하며, 레이저 복사선의 최종 변조 주파수는 더 낮아진다. 2개의 주파수 이동이 반대 부호를 가지는 경우, 그 파와 복사선 사이의 위상 차는 더 빠른 속도로 변화하며, 레이저 복사선의 최종 변조 주파수는 더 높아진다. 구동 레이저 전류의 제 1 절반의 주기 1/2p(a) 동안, 생성된 레이저 복사선의 파장은 증가한다. 후방 방향으로 이동하는 물체의 경우, 다시 들어가는 복사선의 파장은 또한 증가하여, 이 공동에서 파의 주파수와 이 공동으로 다시 들어가는 복사선 주파수 사이의 차이는 더 낮아지게 된다. 그리하여 다시 들어가는 복사선의 파장이 생성된 복사선의 파장에 적응되는 시간 세그먼트의 수는 방출된 레이저 복사선의 전기 변조가 없는 경우에서보다 더 작다. 이것은, 만일 물체가 후방 방향으로 이동하는 경우, 제 1 절반 주기에서의 펄스의 수가 변조가 가해지지 않는 경우보다 더 작다는 것을 의미한다. 레이저의 온도와 생성된 복사선의 파장이 감소하는 제 2 절반 주기 1/2p(b)에서, 다시 들어가는 복사선의 파장이 생성된 복사선의 파장에 적응된 시간 세그먼트의 수는 증가한다. 그리하여, 후방 방향으로 이동하는 물체에 대해, 제 1 절반 주기에서의 펄스의 수는 제 2 절반 주기에서의 펄스의 수보다 더 작다.
이것은 도 10의 그래프(88)에 예시되어 있으며, 이 그래프는 후방 방향으로 물체가 이동하는 경우 방출되는 레이저 복사선의 세기(Ib)를 보여준다. 이 그래프 (88)와 도 9의 그래프(84)를 비교하면, 제 1 절반 주기에 있는 펄스의 수는 감소하였고 제 2 절반 주기에 있는 펄스의 수는 증가하였다는 것을 볼 수 있다. 물체가 전방 방향으로 이동하여, 이에 의해 물체에서 산란되어 레이저 공동으로 다시 들어가는 복사선의 파장이 도플러 효과로 인해 감소하면, 제 1 절반 주기 1/2p(a)에서의 펄스의 수는 제 2 절반 주기 1/2p(b)에서의 펄스의 수보다 더 크다. 이것은, 도 9의 그래프(84)와, 전방으로 이동하는 물체의 경우에 방출되는 복사선의 세기(If)를 나타내는 도 10의 그래프(86)를 비교하여 확인할 수 있다.
전자 처리 회로에서, 제 2 절반 주기 1/2p(b) 동안 카운트되는 광다이오드 신호 펄스의 수는 제 1 절반 주기 1/2 p(a) 동안 카운트되는 펄스의 수에서 감산된다. 그 결과로 나오는 신호가 제로(0)이면, 물체는 정지해 있다. 만일 그 결과 나오는 신호가 양(positive)이면, 물체는 전방으로 이동하며, 이 신호가 음 (negative)이면, 물체는 후방으로 이동한다. 그 결과 나오는 펄스 수는 전방과 후방으로 움직임의 속도에 각각 비례한다.
특정 상황에서, 예를 들어, 레이저와 물체 사이의 광 경로길이가 상대적으로 작고 전기 변조의 주파수와 진폭이 상대적으로 작은 반면, 검출될 움직임은 비교적 빠른 경우에는, 도플러 효과로 생성된 펄스의 수는 전기 변조에 의해 생성된 펄스의 수보다 더 높게 될 수 있다. 이 상황에서, 움직임의 방향은 제 2 절반 주기 동안 펄스의 수와, 제 1 절반 주기 동안 펄스의 수를 비교하여 여전히 검출될 수 있다. 그러나, 그 속도는 이들 2개의 수의 차이에 비례하지 않는다. 이러한 상황에서 그 속도를 결정하기 위하여, 상기 2개의 수는 평균되어야 하며 일정한 값이 그 결과에서 감산되어야 한다. 이 방법으로 얻어진 수는 그 속도의 척도(measure)이다. 이 기술 분야에 숙련된 사람이라면 이 계산을 수행하기 위한 전자 회로를 용이하게 설계할 수 있을 것이다.
도 9 및 도 10을 참조하여 기술된 실시예에서 사용되는 삼각형 형상의 구동 전류(Id) 대신에, 직사각형 형상과 같은 다른 형상의 구동 전류도 또한 사용될 수 있을 것이다.
전술된 물체의 움직임의 방향과 속도를 측정하는 방법은, 이득 변동이 다이오드 레이저 공동의 저항 변동을 측정하는 것에 의해 결정되는 경우에는 또한 사용될 수 있다.
이 측정 방법은 작은 도플러 이동만을 요구하는데, 예를 들어, 파장 면에서 볼 때, 1.5×10-16m 정도의 이동을 요구하며, 이는 680㎚의 레이저 파장에 대해 100㎑ 정도의 도플러 주파수 이동에 해당한다.
하나의 평면에서 2개의 수직 (X 및 Y) 방향, 즉 측정 축을 따른 물체의 움직임은 도 4a 및 도 4b의 입력 디바이스로 측정될 수 있으며, 본 디바이스는 수직 배향으로 된 2개의 다이오드 레이저와 이와 연관된 광다이오드를 포함한다. 제 3 다이오드 레이저와 이와 연관된 광다이오드를 본 디바이스에 추가하면, 이 디바이스가 제 3의 Z 방향, 즉 측정 축을 따른 움직임을 또한 측정할 수 있게 된다. 이 제 3 다이오드 레이저는, 제 3 조명 빔이 창(window)(42)과 물체 즉 손가락(45)에 수직으로 입사하며 다른 방향으로의 성분을 가지지 않도록 렌즈(40)의 광축에 배열될 수 있다. Z 방향에 대한 최적 측정 신호는 이렇게 얻어질 수 있다. X 및 Y 측정 신호의 신뢰도와 정확도를 증가시키기 위하여, 3개의 다이오드 레이저가 하나의 원 위에 120°의 상호 각 거리(angular distance)로 배열될 수 있다. 이 구성은 도 11에 도시되어 있으며, 여기서 제 3 다이오드 레이저와 제 3 광다이오드가 참조 부호(37 및 38)로 각각 표시되어 있다. 광 다이오드(34, 36, 38)의 출력 신호나 저항 측정 신호가 각각 S34, S36, S38로 표시될 때, X, Y, 및 Z 측정 축을 따른 물체의 속도(Vx, Vy, 및 Vz)는 예를 들어 다음과 같이 각각 계산될 수 있다:
Vx= 2.S34- S36- S38
Vy=(S38- S36)
Vz= 1/(S34+ S36+ S38)
이 계산을 수행하기 위한 전자 회로는 합산 요소와 감산 요소(summing and subtracting elements)를 포함하며 비교적 구현하기에 용이하다.
이 방식으로 얻어진 X 및 Y 방향으로 속도의 값과 움직임의 시간 지속기간에 대하여 적분하는 것에 의해 움직인 거리는 보다 신뢰할 만하고 정확한데, 그 이유는 이들이 적어도 2개의 광다이오드의 출력 신호를 평균한 결과이기 때문이다. 움직임 에러 또는 손가락을 약간 들어올리는 것과 같은 원치않은 움직임은 광다이오드의 출력 신호에 유사한 효과를 미친다. X 및 Y 측정 축을 따른 움직임이 출력 신호를 서로 감산하여 결정되기 때문에, X 및 Y 측정 신호에 대한 원치 않는 움직임의 영향이 제거된다. 3개의 광다이오드의 출력 신호를 추가하여 얻어진 Z 측정 신호(Vz)만이 손가락이나 다른 물체의 위/아래(up/down) 움직임을 나타낸다.
서로에 대한 입력 디바이스와 Z 방향으로의 사람 손가락의 움직임이 클릭 기능을 수행하는데 사용되는 응용에서는, 그러한 움직임이 일어난다는 것을 검출하는 것으로 충분하다. 이 물체의 변위의 정확한 측정이 필요하지 않아서 Z 측정이 다소 러프(rough)할 수 있다. 심지어 그 움직임의 방향도 검출될 필요가 없다.
손가락의 반사 계수나 구조에 거의 어떤 요구조건도 설정될 필요가 없다. 입력 디바이스에 대해 공백 종이(blank paper)의 움직임도 이 디바이스에 대한 입력이 손가락이 아닌 물체에 의해서도 주어질 수 있도록 용이하게 측정될 수 있는 것으로 밝혀졌다.
광학적인 관점으로 보면, 광 입력 디바이스의 크기는 매우 작을 수 있다. 창(42)은 수 ㎜의 직경이나 수 ㎜ 제곱의 사이즈를 가질 수 있다. 본 디바이스의 전자 회로는 광학 회로에 가까이 배열될 필요가 없어서 이 전자회로는 장치 내 약간의 공간이 이용가능한 위치에 배열될 수 있다. 본 디바이스에 사용되는 측정 원리 때문에, 그 성분은 정밀하게 배열될 필요가 없으며 이는 대량 생산에 매우 유리한 잇점이다.
도 11에 도시된 입력 디바이스에서, 측정 빔은 창의 평면에 초점 형성되지 않는다. 나아가, 이들 빔이 베이스판(base plate) 레벨에서 다른 위치로부터 유래하기 때문에, 조명 빔은 동작면, 예를 들어 창의 평면에서 다른 위치에 조명 스폿을 형성한다. 이 조명 빔과 그 산란된 복사선은 충분히 공간적으로 분리되어 있어서, 다른 측정 축 사이의 혼선(crosstalk)이 통상 문제를 유발하지 않는다. 필요하다면, 잔류 혼선은 약간 다른 파장을 갖는 다이오드 레이저를 사용하는 것에 의해 감소될 수 있다. 이를 위해, 수 ㎚의 파장의 차이만으로도 이미 충분하다.
혼선을 제거하는 다른 가능성은 다이오드 레이저를 위한 제어 드라이브의 사용이며, 이는 하나의 레이저만이 임의의 순간에 활성화되게 한다. 다른 다이오드 레이저를 교대로 활성화하는 멀티플렉싱 구동 회로가 이러한 제어 드라이브를 구성할 수 있다. 이러한 멀티플렉싱 회로는, 각 다이오드 레이저로부터 복사선의 도달 영역 내에 배열되고 시분할 모드에서 사용되는 하나의 검출기 또는 광다이오드에 의하여 2개 또는 3개의 다이오드 레이저의 모니터링을 가능하게 한다. 이러한 구동 회로를 갖는 실시예의 추가적인 잇점은 본 디바이스의 전력 소비와 이 회로에 필요한 공간이 감소된다는 것이다.
렌즈(40)와 폴딩 미러(folding mirror)를 사용하는 대신에, 수평으로 방출하는 다이오드 레이저가 사용되는 경우에, 레이저 빔은 광 섬유에 의하여 창(42)으로 또한 가이드될 수 있다. 도 12a 및 도 12b 는 이러한 섬유를 구비하는 입력 디바이스의 임의의 실시예를 도시한다. 도 12a는 수직 횡단면도이고, 도 12b 는 이 실시예의 평면도이다. 섬유(92, 93, 및 94)의 입력 단부는 잘 알려진 방식으로 다이오드 레이저(33, 35, 37)에 각각 광학적으로 연결된다. 이 섬유의 모든 출력 단부는 이 디바이스의 창에 위치된다. 이 섬유는, 고체 재료(solid material), 예를 들어, 에폭시 또는 다른 투명하거나 투명하지 않은 재료의 캡(cap)(96)에 내장될 수 있다. 이들 섬유 각각은 이 섬유에 의해 가이드되는 복사선, 즉 연관된 다이오드 레이저로부터 오는 조명 복사선과 이 레이저로 되돌아가는 산란된 복사선 모두에 대한 아이솔레이터(isolator)를 형성한다. 그 결과, 다른 측정 축 사이의 혼선은 매우 작거나 존재하지 않는다. 이 섬유가 내장되지 않은 경우, 그 섬유의 유연한 성질이 사용될 수 있으며, 이것은 장치에서 입력 디바이스를 설계할 수 있는 가능성을 증가시켜 준다. 나아가, 섬유는, 다이오드 레이저와 광 다이오드가 입력 디바이스의 창으로부터 상당히 먼 거리에 배치될 수 있도록 임의의 거리에 걸쳐 복사선을 전달할 수 있다. 도 12a 및 도 12b의 실시예에서, 다이오드 레이저와 연관된 광다이오드는 서로 근접하게 배열되며 이들 요소는 도 12a에 도시된 바와 같이 별도의 구획(97)에 배열될 수 있다. 한편으로는 다이오드 레이저와, 다른 한편으로는 광다이오드는 또한 더 먼 거리에 배치될 수 있으며 투명 매체를 통하거나 또는 섬유에 의해 광학적으로 연결될 수 있다.
입력 디바이스가 X 및 Y 움직임만을 측정하여야 하고 예를 들어 클릭 기능을 위해 Z 측정이 필요없는 경우, 이 입력 디바이스는 도 11에 도시된 3개의 다이오드 레이저 대신에 2개의 다이오드 레이저로 동작할 수 있다.
그러나, 다이오드 레이저를 적절히 배열하는 것에 의해 그리하여 창에 대하여 측정 빔을 적절히 배열하고 그리고 광다이오드의 신호를 적절히 처리하는 것에의해, 2개의 다이오드 레이저만을 구비하는 입력 디바이스에 의하여 X, Y 및 Z 방향으로 측정하는 것도 가능하게 된다. 이러한 입력 디바이스는 메뉴 차트를 스크롤링하기 위한 업-다운 스크롤러에서 사용될 수 있으며 업-다운 스위치에 의해 제어되는 커서에 의해 지시되는 메뉴를 활성화시키는 클릭을 결정할 수 있는 능력을 구비한다. 광 스크롤 스위치라고 불리울 수 있는 이러한 입력 디바이스는 별개의 성분으로 용이하게 구축될 수 있으며, 이것은 신속한 새로운 개발을 가능하게 한다.
도 13 은 광 스크롤 스위치(100)의 제 1 실시예를 도시한다. 이 광 스크롤 스위치는 2개의 레이저/다이오드 유닛(101, 102)을 포함하며, 오리지널 버전에서, 각 레이저/다이오드 유닛은 다이오드 레이저와 광 다이오드를 포함한다. 새로운 장치에서, 별개의 다이오드 레이저와 광 다이오드는 이러한 유닛 대신에 사용된다. 다이오드 레이저(101 및 103)에서 각각 방출되는 각 빔(105, 106)의 경로에서, 렌즈(103, 104)는 각각 디바이스 창의 평면일 수 있는 동작 면(107)에 이와 연관된 빔을 초점 형성하게 배열된다. 이 창(112)은, 이 디바이스가 통합되는 장치, 예를 들어 도 14에서 측면도로 도시된 바와 같은 모바일 폰의 하우징(109)의 일부를 형성할 수 있다. 다이오드 레이저와 연관된 렌즈는, 빔(105 및 106)의 주요 광선이 창(112)의 법선에 대하여 마주보는 각(opposite angle), 예를 들어, 각각 +45° 및 -45°의 각을 이루는 방식으로 배열된다.
물체나 사람의 손가락(108)은 스크롤 동작을 위해 동작면에 걸쳐 이동되며 클릭 동작을 위해 이 평면에 수직으로 이동된다. 위에서 기술된 바와 같이, 두 동작은 다이오드 레이저(101 및 102) 쪽으로 손가락에서 반사된 복사선에서 도플러이동(Doppler shift)을 유발한다. 이들 다이오드 레이저와 연관된 검출기의 출력 신호는 신호 처리 및 레이저 구동 전자 회로(110)에 공급된다. 이 회로는 예를 들어 제어 손가락(108)의 움직임을 평가하며 그 출력(111)에서 그 움직임에 관한 정보를 공급한다.
레이저/다이오드 유닛(101 및 102)과, 렌즈(103 및 104)와, 창(112)과, 전자 회로(110)와, 소프트웨어는 하나의 모듈에 통합될 수 있다. 이 모듈은 모바일 폰이나 다른 장치에서도 그와 같이 배치되며 이것은 스크롤 및 클릭 기능을 구비하여야 한다. 또한 별개의 요소를 갖는 입력 디바이스를 구현하는 것도 가능하다. 특히 신호 처리 부분은 모바일 폰이나, 리모트 컨트롤, 코드리스 폰이나 휴대용 컴퓨터와 같은 다른 장치의 일부를 형성하는 마이크로제어기나 다른 제어 수단에 의해 수행될 수 있다.
위에서 기술된 바와 같이, 레이저/다이오드 유닛 쪽으로 및/또는 거기에서 멀어지는 쪽으로 손가락이나 다른 물체의 이동은 레이저 전류를 변조하는 것에 의해 그리고 검출기에서 수신되는 펄스를 카운트하는 것에 의해 검출될 수 있다. 빔(105 및 106)의 주요 광선을 따라 물체의 속도를 각각 나타내는 이들 검출기의 출력 신호(Sign1및 Sign2)로부터, 창에 평행한 속도(Vsroll)와 창에 수직한 속도(Vclick)는 다음과 같이 계산될 수 있다:
Vscroll= 1/2(Sign1- Sign2)
Vclick= 1/2(Sign1- Sign2)
도 15 는 광 스크롤 스위치(120)의 제 2 실시예를 도시한다. 이 실시예는, 2개의 렌즈(103 및 104)와 창(112)이 단일 성분(122)으로 대체되었다는 점에서 도 13 및 도 14의 것과 다르다. 이 요소는 디바이스 창을 형성하는 상부 표면(124) 상에 두 빔(105 및 106)을 집광시킨다.
만일 도 13 내지 도 15의 입력 디바이스가 스크롤링 기능만을 제공할 필요가 있다면, 단 하나의 다이오드 레이저와, 렌즈 및 검출기가 원리적으로 요구된다.
모바일 폰과 같이, 입력 디바이스 예를 들어 광 스크롤 스위치가 통합되어 있는 장치는 통상 디스플레이 예를 들어 액정 디스플레이 패널을 포함한다. 도 16 은 종래의 투과형 액정 패널(130)을 도시한다. 이 패널은 액정 재료, 예를 들어, 네마틱 유형의 액정 재료의 층(132)을 포함하며, 이 액정 재료 층은 2개의 투명 판 (134 및 135) 예를 들어 유리 사이에 둘러싸여 있다. 구동 전극(136 및 137)은 각 판(plate) 위에 배열된다. 적어도 전극(137)은, 다수의 화소 즉 픽셀이 디스플레이 패널에 한정되도록 다수의 행과 열로 분할된다. 다른 픽셀은 구동 단말(138 및 139)에 의하여 개략적으로 도시되어 있는 바와 같이 매트릭스 전극을 구동하는 것에 의해 제어된다. 그리하여, 전기장은 요구되는 위치 즉 픽셀 위치에서 액정 재료 (132)에 걸쳐 인가될 수 있다. 그러한 전기장은 이 재료(132)의 유효 굴절률의 변화, 즉 장형 분자(elongated molecule)의 정렬 및 광 편광 특성의 변화를 유발한다. 픽셀을 통과하는 광은 관련 픽셀의 위치에서 국부 전기장의 존재 또는 부존재에 따라 편광 회전을 받거나 받지 않는다. 전극(136)과 뷰어(viewer)의 눈 사이에 배열된 편광 필터(141)에 의하여 편광 변화는, 이 픽셀이 뷰어에 보이거나 보이지 않도록 세기 변화로 변환된다. 보이는 픽셀과 보이지 않는 픽셀의 전체는 이미지를 형성하며, 이는 예를 들어 초당 25회 또는 50회로 신속하게 변화될 수 있다. 픽셀이 행과 열 전극의 교차 지점에 형성되며 이 행과 열 전극 사이의 전압에 의해 직접 제어되는 디스플레이 패널은 수동 매트릭스 디스플레이라고 불리운다.
수동 매트릭스 디스플레이 대신에, 능동 매트릭스 디스플레이가 사용될 수 있다. 이 디스플레이 패널에서, 제어 전자회로는 이 판(135) 위에 배열된 트랜지스터의 어레이에 의해 구성된다. 각 픽셀은, 자기 자신의 트랜지스터, 바람직하게는 박막 필름 트랜지스터(TFT)에 의하여 이제 제어된다. 두 유형의 디스플레이는 예를 들어 EP-A 0 266 184에 기술되어 있다. 능동 매트릭스 디스플레이는 최상의 품질과 높은 해상도의 컬러 이미지를 보여줄 수 있으며 더욱 더 복잡한 정보를 보여줄 수 있는 디바이스로 발전할 수 있다. 수동 매트릭스 디스플레이는 제조하기에 더 용이하며 비교적 저 전력을 소비한다. 이들 디스플레이는, 브라이트니스(brightness)와, 픽셀의 수와 응답 시간에 대한 요구조건이 적절한 응용에 적합하다.
LCD 패널은 광을 방출하지 않으며 즉, 이 LCD 패널은 광을 생성하지 않는다. 대신에, 직시형 투과형 LCD 패널은 백라이트 수단(backlighting means)을 구비한다. 도 17은 백라이트 수단(143)의 실시예를 도시한다. 이 수단은, 광원과, 예를 들어, 유리나 투명 플라스틱으로 된 평면 광 가이드(145)를 구비하는 투명한 광 가이드 판을 포함한다. 도 17 은 이 판의 일부만을 도시한다. 이 판(145)은, 액정 층(132)(도 17에 미도시)과 마주하는 상부 주요 평판 면(147)과, 하부 주요 평판 면 (148)과 4개의 측면 면을 구비하며, 이 측면 면 중 하나(150)만이 도 17에 도시되어 있다. 파라볼릭 반사경(160)으로 배열된 적어도 하나의 광원(152)은 통상 측면 면(150) 중 적어도 하나와 대향하여 배열된다. 판(145)은 다수의 광 산란 요소 (154)를 구비한다. 광원(152)으로부터 나오는 광 선(156)은 측면 면(150)을 통해 판(145)에 들어가며, 이들 광선이 산란 요소(154)에 도달하기 전에, 광선의 방향에 따라, 한번, 두 번, 또는 세 번 이상 내부적으로 전반사된다. 그러한 요소는 다른 방향으로 그 요소에 입사하는 광을 반사한다. 광선(158)으로 표시된 반사광의 일부는 판의 상부 면(147)을 통과하여 액정 층(132)으로 전파하는 방향을 가진다. 반사된 광의 나머지는 다른 산란 요소(156)에 도달할 때까지 판(145) 내에서 더 전파된다. 이 요소에서 반사되어 광선(159)으로 표시된 광의 부분은 판(145)의 상부면 (147)을 통과하며 그 나머지 광은 이 판 내에서 더 전파된다. 이것은, 측면 면 (150)을 통해 판에 들어간 거의 모든 광이 이 판 외부로 연결되어 액정 층(132) 쪽으로 향할 때까지 계속된다.
고려되는 응용에서, 반사형 디스플레이 패널이 바람직하게 사용된다. 도 18은 반사형 LCD 패널(170)의 실시예를 도시한다. 이 패널은 도 16의 층(132)과 유사한 액정 층(172)을 포함한다. 이 층(172)은 도 16의 판(134)과 유사한 투명 판 (174) 및 제 2 판(175) 사이에 끼여있다. 이 판(174)은 하나의 카운터 전극을 구비하며 판(175)은 제어 트랜지스터의 어레이를 지지하며, 각 픽셀에 하나씩, 이 제어 트랜지스터 어레이는 층(177)으로 개략적으로 표시되어 있다. 이 판(175)의 전면측(179)은 반사형이다. 이 반사 패널(170)은, 이미지 형성 광이 반사되어 투과되지 않는다는 점을 제외하고는 도 16의 투과형 패널(130)과 동일한 방식으로 동작한다.
반사형 패널에서 제어 트랜지스터가 액정 층(172) 아래에 배열되어 이 층의 부분을 커버하지 않으므로, 액정 층의 거의 전체 표면 영역은 유효한 즉 공백의, 픽셀 영역에 의해 점유될 수 있다. 이것은 반사형 패널이 투과형 패널보다 더 큰 해상도를 가진다는 것을 의미한다. 나아가, 이 패널에 입사하는 거의 모든 광이 반사되고 변조되어 이미지의 디스플레이를 위해 사용된다. 반사형 디스플레이 패널은 투과형 패널보다 이용가능한 광을 훨씬 더 효율적으로 사용할 수 있게 한다. 나아가, 반사형 디스플레이 패널은 주변 광을 사용할 수 있어서, 밝은 곳이나 낮에 사용되는 경우에는 이 패널의 추가 조명이 필요치 않게 된다. 디스플레이된 이미지의 콘트라스트 (contrast)는, 주변 광의 세기가 증가함에 따라 증가하는데, 이는, 블랙 픽셀의 블랙성(blackness)의 정도가 변화하지 않으면서 반사광을 형성하는 이미지의 세기가 또한 증가하기 때문이다. 투과형 디스플레이 패널이 주변 광이 증가하는 환경에서 사용될 때 디스플레이된 이미지의 콘트라스트는 감소한다. 일반적으로, 반사형 디스플레이 패널은 조명 수단에 전력을 공급하는 배터리로부터 상당히 더 적은 전력을 요구한다는 것은 위로부터 명백하다.
이 조명 수단은 백라이트 수단 대신에 전방 조명 수단(front-lighting means)이다. 이 전방 조명 수단의 일 실시예가 도 19에 도시되어 있다. 산란 요소(154' 및 155')가 이제 광 가이드 판(145')의 상부면(147')에 배열되어 있어서, 광은 이제 이 판의 하부 면(148')을 통해 방출된다. 방출된 광의 방향을 제외하고는, 도 19의 전방 조명 수단은 도 17의 백라이트 수단과 동일한 요소를 가지며 이 백라이트 수단과 동일한 방식으로 동작한다. 도 19 는 그리하여 추가 설명을 필요로 하지 않는다.
특히, 모바일 폰에서, 추가적인 통합, 즉 이미지 감지 디스플레이 디바이스를 얻도록 고체 상태 카메라(solid state camera)와 디스플레이 패널을 결합하는 것이 매력적이다. 반사형 이미지 감지 디스플레이 디바이스는 WO 02/11406에 개시되어 있다. 이 디바이스의 2개의 실시예는 도 20a 및 20b에 매우 개략적으로 도시되어 있다. 이들 도면에서, 참조부호 150'는 전방 조명 수단을 나타내며, 참조 부호 170은 전방 유리(184)를 가지는 반사형 디스플레이 패널을 나타낸다. 참조 부호 182 는 이미지 센서 예를 들어 CCD 센서를 나타낸다. 도 20a의 실시예에서, 이미지 센싱 어레이는 전방 유리(184)의 상부에 배열되는 반면, 도 20b의 실시예에서 이 어레이는 전방 유리(184)와 디스플레이 패널(170) 사이에 배열된다. 카메라 기능에 필요한 이 렌즈 수단은 이미지 감지 어레이(LCD)의 전방에 하나 이상의 표면 위에 배열된 프레넬 렌즈(Fresnel lens)와 마이크로렌즈 어레이와 같은 평판 회절 렌즈로 구성된다. 이미지 감지 디스플레이 디바이스와 그 실시예의 상세한 설명에 대해서는 WO 02/11406을 참조한다.
본 발명에 따라, 백라이트 가이드나 전방 광 가이드를 위한 복사선은 동일한 장치에 존재하는 광 입력 디바이스의 다이오드 레이저(들)에 의해 공급된다. 이것은 디스플레이 디바이스가 입력 디바이스와 이 장치의 동일한 부분에 내장되는 경우에 대해 도 21에 개략적으로 도시되어 있다. 도 21은, 다이오드 레이저(202)와,수렴 렌즈(204)와, 및 창(206)을 도시하며, 이들 요소는 함께 광 입력 디바이스를 구성한다. 이 다이오드 레이저의 후면(rear side)은 광 가이드(200)의 측면에 배열되며 이것은 횡단면도로 도시되어 있다. 광 가이드(200)는 투과형 패널의 경우에는 도 17의 광 가이드(145)와 유사하며 또는 반사형 패널의 경우에는 도 19의 광 가이드(145')와 유사하다. 레이저 후면에서 방출되는 레이저 복사선은 광 가이드를 통해 전파되어서, 다이오드 레이저의 후면이 디스플레이 패널을 위한 조명 수단의 복사선 광원을 구성하도록 한다. 필요하다면, 레이저의 후면에서 방출되는 광선이 광 가이드의 주 면(main face)에 대해 요구되는 입사각을 가지는 것을 보장하기 위해 발산 렌즈(203)가 사용될 수 있다.
다이오드 레이저의 후면이 더 이상 레이저에 의해 생성된 광의 세기를 측정하는데 그리고 자가 혼합 신호를 측정하는데 이용가능하지 않기 때문에, 검출기 예를 들어 광다이오드는 다이오드 레이저의 전면에 배열되어야 한다. 도 21 은 부분적으로 반사하는 미러(214)에 의하여 측정 빔(210)으로부터 분리된 부분 빔(212)을 수용하는 방식으로 배열된 그러한 광다이오드(216)를 보여준다. 또한 입력 디바이스의 광 요소 중 하나의 표면, 예를 들어 렌즈(204)의 표면, 창(206)의 내부면, 또는 다이오드 레이저의 전면 미러와 같은 표면에서 반사된 복사선을 사용하는 것에 의해 그 세기와 자가 혼합 신호를 측정하는 것도 가능하다. 측정 광다이오드(216)는 그 반사된 복사선을 수신할 수 있는 방식으로 배열된다.
레이저 세기와 자가 혼합 신호는 도 7을 참조하여 기술된 바와 같이 레이저 공동의 임피던스를 결정하는 것에 의해 측정될 수도 있다.
도 21에 도시된 바와 같이, 광 가이드에 캡슐화된 레이저를 배열하는 대신에 광 가이드 재료 위에 또는 중간 층, 예를 들어 코스트와 공간을 절약할 수 있도록 실리콘 층 위에 노출된 레이저 다이스(bare laser dice)를 직접 배치하는 것도 가능하다.
광 입력 디바이스의 창(206)은 도 21에 도시된 바와 같이 모바일 폰의 케이스(218)의 측벽(219)에 내장될 수 있다. 또한 키보드를 수용하는 이 케이스의 표면 내에 이 창을 배열하는 것도 가능하다. 이 창은 도 21에 도시된 바와 같이 바람직하게는 볼록한 면이다. 이것은 이 창이 먼지와 그리스(grease)를 모을 수 없으며 이것이 사람의 손가락으로 용이하게 검출될 수 있다는 잇점을 갖는다.
광 입력 디바이스가 키보드가 또한 수용되는 모바일 폰의 제 1 부분 내에 내장되는 반면, 디스플레이 디바이스는 도 2에 도시된 바와 같이 제 2 부분 내에 배열되는 경우, 다이오드 레이저의 후면으로부터 나오는 복사선은 광섬유에 의하여 디스플레이 디바이스의 조명 수단으로 전달될 수 있다. 이 섬유는 도 2에 도시된 힌지(9)를 통해 가이드될 수 있으며, 이 힌지는 모바일 폰의 2개의 부분(2 및 6)을 연결한다.
광 입력 디바이스가 제 2 및 제 3 다이오드 레이저를 포함하는 경우, 제 2 다이오드 레이저 또는 제 2 및 제 3 다이오드 레이저의 후방으로 방출된 레이저 빔은 디스플레이 디바이스의 광 가이드를 조명하는데 사용될 수 있다. 이 디스플레이 디바이스 외에, 모바일 폰이 제 2 및 제 3 광 디바이스를 포함하는 경우, 이들 디바이스에 만일 있다면 제 2 및 제 3 다이오드 레이저의 후방으로 방출된 레이저 빔이 각각 공급될 수 있다. 만일 입력 디바이스가 제 1 및 제 2 다이오드 레이저만을 포함하는 반면, 장치는 3개의 광 디바이스를 포함하는 경우, 제 1 다이오드 레이저의 레이저 빔은 제 1 광 디바이스에 공급될 수 있으며 제 2 다이오드 레이저의 레이저 빔은 제 2 및 제 3 광 디바이스 모두에 공급될 수 있다. 만일 입력 디바이스가 하나의 다이오드 레이저만을 포함하며 장치가 하나 보다 많은 다른 광 디바이스를 구비하는 경우, 이 다이오드 레이저로부터 후방으로 방출된 복사선은 다른 광 디바이스로 분배될 수 있다. 다른 광 디바이스에 대한 분배 비(distribution ratio)는 이들 디바이스 각각에 필요한 복사선의 양으로 결정된다.
광 입력 디바이스 내의 다이오드 레이저의 수와 다른 입력 디바이스의 수 및 타입에 따라, 레이저 복사선 분배의 다른 실시예가 가능하다.
도 22 는 광 입력 디바이스(220)가 하나의 다이오드 레이저(222)만을 구비하며, 장치가 2개의 다른 광 디바이스(230 및 240)를 구비하는 제 1 실시예를 보여준다. 다이오드 레이저로부터 후방으로 방출된 레이저 빔(224)은, 빔 스플리터, 예를 들어 반 투명 미러, 또는 일반적으로 부분적으로 투과하는 미러(223)에 의하여 2개의 빔(225 및 226)으로 분할된다. 이 빔들(225 및 226)은 광 디바이스(230 및 240)로 예를 들어 광섬유(227 및 228)에 의하여 각각 가이드된다. 이 도 22와 이후 도면에서, 참조 부호 229 및 221 은 입력 디바이스의 렌즈와 창을 각각 표시한다.
도 23 은 입력 디바이스가 하나의 다이오드 레이저만을 구비하며 장치가 3개의 다른 광 디바이스를 구비하는 상황을 도시한다. 다이오드 레이저(222)로부터 후방으로 방출된 빔(224)은 2개의 빔 스플리터(251 및 252)에 의하여 3개의 빔(224,255, 256)으로 분할된다. 이들 빔은 광섬유(258, 259, 260)에 의하여 각 다른 광 디바이스(230, 240, 250)로 각각 가이드될 수 있다. 빔 스플리터의 분할 비, 즉 그 투과 반사 비는 다른 유형의 디바이스(230, 240, 250) 각각에 필요한 복사선의 양으로 결정된다.
빔 스플리터(251, 152)는 도 24에 도시된 바와 같이 하나의 회절 격자(262)로 대체될 수도 있다. 이 회절격자는 입사하는 복사선이 편향되지 않은 0차(zero-order) 빔(256)과 대향 방향으로 편향된 플러스 및 마이너스 제 1 차(first-order) 빔(254, 255)으로 각각 회절되도록 하는 방식으로 설계된다. 3개의 빔에 필요한 복사선의 분배는 그루브 폭(groove width)과 회절격자의 피치(grating pitch)의 비와, 회절 격자의 그루브의 깊이와 같이 회절격자 파라미터의 적절한 선택에 의해 달성될 수 있다. 이 빔은 예를 들어 광 가이드 또는 광 섬유에 의하여 도 22 및 도 23을 참조하여 기술된 것과 동일한 방식으로 각 다른 광 디바이스로 가이드될 수 있다. 이것은, 예를 들어 광 섬유만이 도시되어 있는 이하 실시예에 서도 그러하다.
도 25 는 3개의 다른 광 디바이스를 구비하며 입력 디바이스가 2개의 다이오드 레이저(222 및 262)를 구비하는 장치의 실시예를 도시한다. 다이오드 레이저 (222)로부터 나오는 후방으로 방출된 빔(224)은 광섬유(258)로 공급되는 반면, 다이오드 레이저(262)로부터 나오는 빔(264)은 예를 들어 빔 스플리터(266)에 의하여 2개의 빔(268 및 269)으로 분할되며, 이 빔은 광 섬유(259 및 260)로 공급된다.
도 26 은 또한 3개의 다른 광 장치를 구비하지만 또한 3개의 다이오드 레이저(222, 262, 및 272)를 구비하는 디바이스의 일 실시예를 도시한다. 이들 다이오드 레이저의 빔(224, 264, 및 274)은 각각 예를 들어 광섬유(258, 259, 및 260)에 의하여 다른 광 디바이스 중 다른 하나에 각각 공급될 수 있다. 광 디바이스 중 하나가 다른 디바이스보다 실질적으로 더 많은 복사선을 요구하는 경우, 2개의 다이오드 레이저로부터 오는 빔이 이 디바이스로 공급될 수 있으며 다른 다이오드 레이저로부터 오는 빔은 다른 광 디바이스를 위한 2개의 빔으로 분할될 수 있다.
도 27 은 3개의 다이오드 레이저를 구비하며 2개의 다른 광 디바이스를 포함하는 입력 디바이스를 포함하는 장치의 일 실시예를 도시한다. 다이오드 레이저 (222 및 262)로부터 오는 빔(224 및 264)은 예를 들어 렌즈(276)에 의하여 이제 결합되어, 광섬유(259)를 통해 대부분의 복사선을 요구하는 다른 광 디바이스 중 하나로 송신될 수 있다. 다이오드 레이저(272)의 빔(274)은 다른 광 디바이스 중 다른 하나로 송신된다.
전술된 다른 광 장치는, 또한 예를 들어, 광 키보드, 일반적으로 키보드를 위한 조명 수단, 및 광 마이크로폰일 수 있다.
도 28 은 광 키보드를 구비하는 모바일 폰(280)의 일 실시예의 정면도이다. 이 도 28에서, 참조 부호 282 는 보드(board)의 키를 표시하며, 참조 부호 283 은 디스플레이 디바이스를 표시한다. 또한 마이크로폰(284)이 도시되어 있으며, 이는 폰의 하우징(285)에 내장된다.
도 29 는 모바일 폰의 도 28에서 라인 Ⅱ-Ⅱ"에서 취해진 횡단면도이다. 디스플레이(283)는 2개의 기판(286, 287) 사이에 배열된 액정 물질 층(미도시)을 포함하는 액정 디스플레이일 수 있다. 이 실시예에서, 디스플레이는 투명 지지판 (carrier)(기판)(288) 위에 배치되며, 이 지지판은 키(282)의 위치에 리세스를 구비한다.
이 기판(288)은 예를 들어, 투명 플라스틱으로 제조되며 적어도 하나의 광원과 검출기를 위한 광 가이드 부분과 공간을 포함한다. 도 30에서 키보드의 광 가이드 부분(290)(이후, 키보드 광 가이드)은 직사각형 ABCD 내에 배치된다. 다른 광 가이드(293)는 키보드 광 가이드의 변 AD에 배열된다. 이 광 가이드(이후, 소스 광 가이드)는 광원, 예를 들어 LED로부터 오는 복사선을 수신하며, 이 광원은 기판의 위치(292)에 배열된다. 이와 유사한 소스 광 가이드(213')는 기판에서 위치(12')에 배열되는 제 2 광원으로부터의 복사선을 수신하기 위해 키보드 광 가이드의 변 AB에 배열될 수 있다.
키보드 광 가이드(290)는, 예를 들어, 이 소스 광 가이드로부터 나오는 광이 X 방향으로의 광 경로(300)와 Y 방향으로의 광 경로(301)의 위치에서만 키보드로 연결되도록 돌출 요소를 구비한다. 광 경로(300)가 광 경로(301)를 가로지르는 위치(304)에서, 도 29에 이미 도시되어 있는 바와 같이, 리세스(recess)가 존재한다.
다른 광 가이드(297)는 키보드 광 가이드(290)의 변 BC를 따라 배열된다. 광 가이드(이후, 검출기 광 가이드)는 키보드 광으로부터 오는 복사선을 수신하며 이 복사선을 기판(288)에서 위치(298)의 위치(298)에 배열된 광 검출기, 예를 들어, 광 다이오드로 전달한다. 이와 유사한 검출기 광 가이드(297')는 키보드 광 가이드(290)의 변 CD에 배열되어서, 키보드 광 가이드로부터 오는 복사선을 기판의위치(298')에 배열된 광 검출기로 전달할 수 있다. 키보드 광 가이드로부터 오는 복사선을 검출기 광 가이드로 연결하는 것을 개선하기 위해 검출기 광 가이드는 돌출 요소를 구비할 수 있다.
키(282)를 누를 때, 키는 키보드 광 가이드로 이동하며 키 위치(289)에서 교차하는 광 경로로 들어간다. 이러한 키는 이들 경로를 따라 진행하는 광을 부분적으로나 전체적으로 반사한다. 그 결과로, 위치(298 및 298')에서 광 검출기에 의해 수신된 복사선의 양이 변화하여, 이들 검출기의 출력 신호가 변화하게 된다. 소스 광 가이드가 그 연관된 광원에 의해 한 변으로부터 조명되기 때문에, 키보드 광 가이드로 결합된 복사선의 세기는 광원의 위치(292, 292')로부터 각각 광 경로(300, 301)의 거리의 증가에 따라 감소한다. 그리하여, 특정 키를 누르는 것에 의해 야기된 검출기 출력 신호의 진폭 변화는 광원으로부터 이 키의 거리에 따라 달라진다.
검출기, 또는 광다이오드의 출력 신호는, 증폭 후 필요한 경우, 광 경로(300)와 광 경로(301) 모두에 대한 이들 신호 변화를 검출하기 위한 전자 검출 회로에 공급되어서, 보드의 어느 키가 눌려졌는지를 결정할 수 있는 기회를 제공한다.
키보드 광 가이드 안으로 눌려지는 키 부분은 복사선을 반사하기 위한 능력을 개선하기 위해 반사 물질을 구비할 수 있다.
광원(LED)은 펄스 소스일 수 있다.
위치(299 및 298')에서 광다이오드에 의하는 대신에, 측정될 키보드 광 가이드로부터 나오는 복사선은 또한 예를 들어 반사경이나 다른 광 구성성분에 의하여다른 위치로 가이드될 수 있다. 예를 들어, 이 디스플레이(283)가 박막 트랜지스터의 매트릭스로 제어되는 경우, 이 매트릭스는 키보드로부터 오는 복사선을 측정하기 위한 추가 트랜지스터로 확장될 수 있다. 이 옵션은 도 29에서 기판(286) 대신에 디스플레이 기판으로 기판(288)이 사용될 때 매력적이다. 필요한 경우, 추가적인 트랜지스터의 설계는 특정 기능을 위해 최적화될 수 있다.
광원으로부터 방출되며 다른 세기를 갖는 복사선 부분을 다른 Y 광 경로(301)로 연결하기 위해, 소스 광 가이드(293)는 도 31에 도시된 바와 같이 감소하는 두께를 보여줄 수 있다. 광원(LED)(310)으로부터 나오는 빔 부분(315)은 그 광 경로에 키 쪽으로 소스 광 가이드(293)의 비스듬한 상부면에 의해 Y 광 경로(301) 내로 빔(315Ⅰ)으로서 반사된다. 이 키가 눌려질 때 그 반사 부분은 검출기 광 가이드(297) 쪽으로 빔(315Ⅱ)으로 복사선을 부분적으로 반사한다. 이 광 가이드의 비스듬한 좌측면은 검출기(312) 쪽으로 빔(315Ⅲ)으로 복사선을 반사한다. 측정의 신뢰성을 개선하기 위해, 또한 키 반사 부분에 의해 통과된 복사선은 빔(315Ⅳ)으로 측정될 수 있다. 이 빔은 제 2 검출기 광 가이드(297')의 비스듬한 표면에 의해 제 2 검출기(312') 쪽으로 반사된다. 동일한 방식으로, 키의 아래로 눌려진 상황은 복사선 광원(310'), 소스 광 가이드(293'), 검출기 광 가이드(297') 및 검출기(312')에 의하여 X 광 경로를 통해 검출될 수 있다. 이 종류의 검출을 위해, 광원(312, 312')은 교대로 온 및 오프로 스위치 되어야 한다.
키의 위치를 연속적으로 검출할 필요는 없으며, 일초에 다수번 그러한 검출을 수행하는 것으로도 충분하다.
다른 X 및 Y 광 경로(300 및 301)를 따라 송신된 복사선 빔은 다른 세기에 의해서 뿐만 아니라 다른 주파수에 의해서도 식별될 수 있다. 이것은 소스 광 가이드(293, 293')와 키보드 광 가이드(290) 사이에 컬러 필터(320)를 배열하는 것에 의해 실현될 수 있다. 이 필터는 그 길이에 걸쳐, 예를 들어 적색(적외선)으로부터 보라색(자외선)에 이르는 가변 컬러를 보여준다. 검출기 지류(branch)(들)에서, 컬러 식별이 또한 실현되어야 한다. 특히 특정 구조 및/또는 형상을 소스 광 가이드의 반사면에 제공하는 것에 의해 다른 X 및 Y 광 경로에 입사하는 복사선 빔의 세기를 설정할 수 있는 가능성은 여러 가지다. 이들 상세사항은 본 발명과 관련되지 않으므로, 이들은 여기서 더 논의될 필요가 없다. 나아가, 본 발명은 도 28, 도 29, 도 30, 도 31을 참조하여 논의된 것과는 다른 유형의 광 키보드와 함께 사용될 수 있다.
도 32 는 본 발명이 광 키보드(330)로 구현될 수 있는 방법을 개략적으로 보여준다. 이 보드의 키는 참조 부호 334로 표시된다. 다이오드 레이저(들)와 광학 장치를 포함하는 블록(350)과 창(352)에 의해 표시되는 입력 디바이스(220)는 키보드의 광 가이드(332)에 수용된다. 후방으로 방출된 레이저 빔(344)은 부분적으로 투과하는 미러(335, 336)와 완전히 반사하는 미러(337)에 의하여 여러 열의 키로 반사된다. 이 디자인은 다른 광 경로를 따라 전파하는 빔(345, 346, 347)으로 다른 세기를 제공할 수 있게 한다. 그 광 경로에 있는 키의 위치를 통과한 후, 빔은 완전히 반사하는 미러(338)와 부분적으로 투과하는 미러(339 및 340)에 의하여 검출기(342)로 가이드된다.
본 발명은 다른 유형의 키보드나 광 키보드일 수 있는 키보드를 조명하기 위한 조명 디바이스로 구현될 수도 있다. 상부 부분(6)에 그러한 조명 디바이스를 구비하는 모바일 폰을 도시하는 도 2를 참조하여 설명된다. 이 조명 디바이스의 창 (360)만이 도 2에 도시되어 있다. 이 디바이스는 상당히 간단할 수 있으며, 창과, 광입력 디바이스의 다이오드 레이저의 후면으로부터 이 창으로 가는 광 가이드를 포함한다. 이 창(360)은 방출하는 광을 적절하게 분포하도록 렌즈로 형성될 수 있다. 이 창은, 방출된 빔이 적절한 방식으로 키보드를 조명하는 한, 이 장치의 상부 커버의 임의의 위치에 배치될 수 있다.
도 28의 모바일 폰에 수용되는 마이크로폰(284)은 광 마이크로폰일 수 있으며, 이는 막(membrane)의 이동이 광학 수단에 의해 측정되는 마이크로폰을 의미하는 것으로 이해된다. 이들 광학 수단은, 광 빔을 이 막으로 송신하는 광원과, 이 막에 의해 반사된 빔을 수신하기 위한 광 검출기를 포함한다. 렌즈는 광원과 막 사이에 그리고 이 막과 검출기 사이에 배열될 수 있다. 사람의 음성이나 다른 음원에 의해 활성화될 때, 이 막은 진동하여 광빔이 막에 의해 반사되는 각의 변화를 유발한다. 예를 들어, 이 막과 검출기 사이의 렌즈는 이들 변화를, 검출기 면에 있는 반사빔에 의해 형성된 스폿의 위치 변동의 변화로 변환할 수 있다. 위치 감지 검출기는 이 위치 변동을, 검출기의 전기 출력 신호의 변동으로 변환시킨다.
본 발명에 따라, 광 입력 디바이스의 다이오드 레이저 중 적어도 하나의 후방으로 방출된 빔은 광 마이크로폰을 위한 광 빔으로 사용된다. 다이오드 레이저 빔은 고체나 유연한 (섬유) 광 가이드를 통해 광 마이크로폰으로 전달될 수 있다.
본 발명이 모바일 폰을 참조하여 기술되었지만, 본 발명은 여러 다른 장치, 특히 광 입력 디바이스 외에 모바일 폰에 대해 전술된 바와 같은 다른 광 디바이스를 포함하는 작은 배터리로 전력 공급되는 장치에 사용될 수 있다. 그러한 장치의 일례는 모바일 폰 장치와 동일하거나 유사한 기능을 가지는 코드리스 폰 장치이다. 코드리스 폰 장치(360)는 도 33에 도시되어 있다. 이 장치는, 폰이나 케이블 네트워크에 연결된 베이스 스테이션(362)과, 이 베이스 스테이션으로부터 예를 들어 100m 이내의 반경을 갖는 영역 내에서 사용될 수 있는 이동가능 장치(364)로 구성된다. 장치(364)는 키보드(365)와 디스플레이 디바이스(367)를 포함한다. 모바일 폰 장치에 기술된 바와 유사한 방식으로, 본 장치(364)는 인터넷에 억세스하기 위한 WAP 프로토콜이나 I-모드 프로토콜과, 전술된 바와 같은 광 입력 디바이스(368)을 구비할 수 있다. 키보드(365)는 광 키보드일 수 있으며 마이크로폰(369)은 광 마이크로폰일 수 있으며 디스플레이 디바이스, 광 키보드, 및 광 마이크로폰 중 적어도 하나에는 광 입력 디바이스(368)의 적어도 하나의 다이오드 레이저로부터 오는 복사선이 공급될 수 있다. 모바일 폰 장치와 같이, 본 장치(364)는, 코드리스 폰 장치에 본 발명의 구현이 모바일 폰 장치에서와 동일한 잇점을 제공하도록 작고 경량이어야 한다.
본 발명은 노트북이나 랩탑으로 알려져 있는 휴대용 컴퓨터에도 사용될 수 있으며, 이 실시예(370)가 도 34에 도시되어 있다. 이 노트북은 베이스 부분(372)과 LCD 디스플레이(375)를 갖는 커버 부분(374)을 포함한다. 이 베이스 부분은 다른 컴퓨터 모듈과 키보드(373)를 수용한다. 이 키보드에서, 광 입력 디바이스(379)는 종래의 마우스 패드를 대체하는 것으로 배열된다. 이 입력 디바이스는 종래의 마우스 패드의 위치에 또는 임의의 다른 용이하게 억세스가능한 위치에 배열될 수 있다. 이 노트북은 커버 부분에 조명 디바이스(378)를 구비할 수 있으며, 이 디바이스의 창만이 도시되어 있다. 다시, 키보드는 광 키보드일 수 있으며, 디스플레이 디바이스(375), 광 키보드(373), 및 조명 디바이스(378) 중 적어도 하나에는 광 입력 디바이스(379)의 다이오드 레이저 중 적어도 하나로부터 오는 복사선이 공급될 수 있다.
예를 들어, 퍼스널 디지털 어시스턴트(PDA)로 알려져 있는 유형의 핸드헬드 컴퓨터는 노트북의 더 작은 버전이다. 그러한 핸드헬드 컴퓨터는 광 입력 디바이스와 노트북 컴퓨터에 대해 전술된 다른 광 디바이스를 또한 구비할 수 있다. 더구나, 핸드헬드 컴퓨터는 더 작은 무게와 사이즈를 가져야 하며 노트북 컴퓨터보다 더 적은 에너지를 소비하여야 하므로, 핸드헬드 컴퓨터에 본 발명을 사용하는 것은 훨씬 더 큰 잇점을 제공한다.
본 발명은 작은 사이즈의 게임 컴퓨터에도 또한 사용될 수 있다.
전술된 바와 같이, 본 발명은 이동하는 물체에 의해 제어되는 광 입력 디바이스에 이용가능하다.

Claims (18)

  1. 이동 물체에 의해 제어되는 광 입력 디바이스를 포함하며, 또한 전자기 복사선이 공급되는 적어도 하나의 다른 광 디바이스를 포함하는 장치에 있어서,
    상기 입력 디바이스는 적어도 하나의 측정 빔을 상기 입력 디바이스의 창으로 공급하기 위한 적어도 하나의 다이오드 레이저를 포함하며, 상기 측정 빔은 상기 창에 대해 상기 물체의 움직임을 측정하며, 그리고, 상기 입력 디바이스의 다이오드 레이저의 적어도 하나의 후면(rear side)은 그 디바이스에 복사선을 공급하기 위해 다른 광 디바이스 중 적어도 하나에 광학적으로 연결되는 것을 특징으로 하는, 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 입력 디바이스의 다이오드 레이저 중 적어도 하나는 광 키보드(optical keyboard)의 광 가이드(light guide)에 광학적으로 연결되는 것을 특징으로 하는, 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 입력 디바이스의 다이오드 레이저의 적어도 하나는 평판 디스플레이 패널을 조명하기 위한 조명 수단(lighting means)에 광학적으로 연결되는 것을 특징으로 하는, 장치.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 입력 디바이스의 다이오드 레이저 중 적어도 하나는 상기 장치의 키보드를 조명하기 위한 조명 디바이스 (illuminating device)에 광학적으로 연결되는 것을 특징으로 하는, 장치.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 입력 디바이스의 다이오드 레이저 중 적어도 하나는 상기 장치의 광 마이크로폰에 광학적으로 연결되는 것을 특징으로 하는, 장치.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 입력 디바이스는 기준 빔으로서 상기 측정 빔의 일부를 분할하기 위하여 상기 창에 가까이 배치된 부분적으로 투과하는 물체와, 상기 물체에 의해 반사되는 측정 빔 복사선과 상기 기준 빔을 수신하기 위하여 작은 개구(opening)를 가지는 복사선 감지 검출 수단을 포함하는, 장치.
  7. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 광 입력 디바이스는 상기 물체에 의해 반사된 측정 빔 복사선을 전자 신호로 변환하기 위한 변환 수단을 포함하는 장치로서,
    상기 변환 수단은 레이저 공동과 상기 레이저 공동의 동작의 변화를 측정하기 위한 측정 수단의 결합에 의해 구성되며, 상기 동작의 변화는 상기 레이저 공동으로 다시 들어가는 반사된 측정 빔 복사선과 이 공동 내 광파의 간섭으로 인해 생성되며 상기 물체의 움직임을 나타내는 것을 특징으로 하는, 장치.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 측정 수단은 상기 레이저 공동의 임피던스 (impedance)의 변동을 측정하기 위한 수단인 것을 특징으로 하는, 장치.
  9. 제 7 항에 있어서, 상기 측정 수단은 상기 레이저에 의해 방출되는 복사선을 측정하기 위한 복사선 검출기인 것을 특징으로 하는, 장치.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 복사선 검출기는 상기 측정 빔이 방출되는 상기 레이저 공동의 면(side)에 배치되는 것을 특징으로 하는, 장치.
  11. 제 7 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 광 입력 디바이스는, 적어도 2개의 다이오드 레이저와, 제 1 측정 축과 제 2 측정 축을 따라, 상기 물체와 상기 디바이스의 상대적 움직임을 측정하기 위한 적어도 하나의 검출기를 포함하며, 상기 제 1 및 제 2 축은 상기 물체의 조명되는 표면에 평행한 것을 특징으로 하는, 장치.
  12. 제 7 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 광 입력 디바이스는, 3개의 다이오드 레이저와, 제 1 측정 축, 제 2 측정 축, 및 제 3 측정 축을 따라, 상기 물체와 상기 디바이스의 상대적 움직임을 측정하기 위한 적어도 하나의 검출기를 포함하며, 상기 제 1 및 제 2 축은 상기 물체의 조명되는 표면에 평행하며 상기 제 3 축은 이 표면에 거의 수직한 것을 특징으로 하는, 장치.
  13. 제 7 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서, 스크롤 동작(scroll action)과 클릭 동작(click action) 모두를 결정하기 위한 광 입력 디바이스를 구비하는 장치로서, 상기 광 입력 디바이스는, 2개의 다이오드 레이저와 적어도 하나의 검출기를 포함하고, 상기 검출기는 상기 물체 표면에 평행한 제 1 측정 축을 따라 그리고 상기 물체 표면에 거의 수직한 제 2 측정 축을 따라 상기 물체와 상기 디바이스의 상대적 움직임을 측정하는 것을 특징으로 하는, 장치.
  14. 제 7 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서, 스크롤 동작과 클릭 동작 모두를 결정하기 위한 광 입력 디바이스를 구비하는 장치로서,
    상기 광 입력 디바이스는, 2개의 다이오드 레이저와 적어도 하나의 검출기를 포함하고, 상기 검출기는 상기 물체 표면에 수직한 법선에 대해 대향하는 각 (opposite angle)으로 배열된 제 1 및 제 2 측정 축을 따라 상기 물체와 상기 디바이스의 상대적 움직임을 측정하는 것을 특징으로 하는, 장치.
  15. 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 기재되어 있는 장치를 포함하는 모바일 폰.
  16. 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 기재되어 있는 장치를 포함하는 코드리스 폰.
  17. 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 기재되어 있는 장치를 포함하는 랩탑 컴퓨터.
  18. 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 기재되어 있는 장치를 포함하는 핸드헬드 컴퓨터.
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