KR20050032122A - 광학 키보드와 광입력 디바이스를 구비한 장치 - Google Patents

광학 키보드와 광입력 디바이스를 구비한 장치 Download PDF

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마틴 디. 리에쓰
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코닌클리케 필립스 일렉트로닉스 엔.브이.
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Abstract

광학 키보드(140)와, 움직이는 물체에 의해 제어된 광입력 디바이스(182, 186)를 포함하고, 상기 입력 디바이스는 디바이스 창(186)으로 적어도 1개의 측정 빔(184)을 공급하며, 상기 창 위에 놓인 물체에 의해 반사된 복사선을 수신하기 위해 적어도 1개의 다이오드 레이저와 포토 다이오드(182)를 포함하는 장치에서, 상기 입력 디바이스는, 측정 빔(184)이 키(125)의 위치를 통해 창(186)으로 가이드 되도록, 상기 키보드에 통합된다. 이러한 식으로 광학 키보드는 사실상 단순화되고, 출력 디바이스의 출력 신호의 신뢰도는 증가된다.

Description

광학 키보드와 광입력 디바이스를 구비한 장치{APPARATUS EQUIPPED WITH AN OPTICAL KEYBOARD AND OPTICAL INPUT DEVICE}
본 발명은 움직이는 물체에 의해 제어된 광입력 디바이스와, 광학 키보드를 포함하는 장치에 관한 것으로, 상기 입력 디바이스는 측정 빔을 공급하기 위한 다이오드 레이저와, 상기 물체에 의해 반사된 측정 빔 복사선을 전기 신호로 변환하기 위한 변환 수단을 포함하는 적어도 1개의 광학 센서 유닛을 포함하고, 상기 변환 수단은 레이저 공동과, 상기 레이저 공동의 동작시 변화 측정을 위한 측정 수단의 조합으로 구성되며, 상기 변화는 상기 레이저 공동으로 다시 들어가는 반사된 측정 빔 복사선과 이 공동에서의 광파와의 간섭으로 인한 것이고, 상기 물체의 움직임을 나타낸다.
광학 키보드는 움직일 수 있는 키(버튼)와 키의 위치를 따라 복사선을 유도하고 그 다음에 복사 감지 검출기에 유도하는 수단을 구비하며 상기 키보드 표면 아래 배치된 평평한 광 가이드를 구비한 키보드를 의미하는 것으로 이해된다. 각 키에는 키를 누르면, 광 가이드 내에서 복사 경로로 이동하여 이 복사 경로를 통하여 검출기에 의하여 수신된 복사선 양의 변화를 일으키는 부분이 있다.
움직이는 물체는 예컨대 사람의 손가락이지만, 또한 입력 디바이스의 투명한 창 위로 움직이기에 적합한 어떤 물체일 수 있다.
본 발명은 특히, 예를 들면 휴대폰(mobile phone), 무선 전화기(cordless phone), 휴대용(hand-held) 컴퓨터, PDA(Personal Digital Assistant) 또는 TV 세트에 관한 것과 같은 리모트 컨트롤과 같은 작은 휴대용 장치에 사용할 목적으로 의도된다. 이러한 장치는 외부 소스로부터 수신되거나 사용자에 의해서 주어지거나 디지털 프로세서(내부 마이크로컴퓨터)에 의해서 발생된 정보를 디스플레이하기 위한 평면(flat) 디스플레이 패널을 포함한다. 이 장치는 또한 전화 번호를 선택하는 것과 같은 다이얼 입력용 키보드, 디지털 프로세서에 저장되었거나 또는 장치가 접근한 외부 소스로부터 이용 가능한 소프트웨어 프로그램을 활성화하는 것과 같은 다른 기능을 포함한다. 소프트웨어 메뉴를 스크롤하고 그러한 메뉴의 특별한 프로그램을 선택하기 위해, 사용자의 손가락에 의해 제어된 입력 디바이스가 장치에 제공된다.
PCT 특허 출원 WO 02/037410호는 전술한 타입의 광학 디바이스를 개시한다. 이 입력 디바이스는 도플러 효과와, 다이오드 레이저에서의 소위 자가 혼합 효과(self-mixing effect)의 결합을 사용한다. 자가 혼합 효과는 다이오드 레이저에서 방출되고 레이저 공동으로 다시 들어가는 복사선이 레이저의 이득의 변화를 유발하며 그리하여 레이저에서 방출되는 복사선의 변화를 유발하는 현상이다. 이 디바이스에서, 창은 비스듬한(skew) 레이저빔에 의해 조명되고, 이러한 비스듬한 레이저빔은 손가락이 움직일 방향으로의 구성요소를 가진다. 손가락이 움직여지면, 손가락에 의해 산란된 레이저 복사선은 도플러 효과 때문에 창과 손가락을 조명하는 복사선의 주파수와는 상이한 주파수를 갖는다. 산란된 복사선의 일부는 손가락 상에 조명 빔을 수렴시키는 동일한 렌즈에 의해 다이오드 레이저 상에 수렴된다. 산란된 복사선의 일부가 레이저 미러(mirror)를 통해 레이저 공동 내로 들어가기 때문에, 레이저 공동에서 복사선의 간섭이 발생한다. 이는 레이저와 방출된 복사선의 근본적인 특성 변화를 일으킨다. 자가 혼합 효과로 인해 변하는 파라미터는 레이저 복사선의 파워, 주파수, 라인 폭 및 레이저 임계 이득이다. 레이저 공동에서의 간섭 결과는 측정 빔의 주파수와 산란된 복사선의 주파수 사이의 차이와 동일한 주파수를 가지고 있는 이들 파라미터 값의 변동(fluctuation)이다. 이 차이는 일반적으로 디바이스 창에 대하여 움직여지는 손가락이나 물체의 움직임 속도와 같다. 그러므로 물체의 속도와 시간에 대해서 적분함으로써, 물체의 변위가 상기 파라미터 중 하나의 값을 측정함으로써 결정될 수 있다. 이러한 측정 방법은 오직 소수의 간단한 구성요소에 의해 수행될 수 있고, 이들 구성요소의 정확한 정렬을 필요로 하지 않는다.
광학 키보드는 하나 또는 그 이상의 LED(발광 다이오드)나 다른 타입의 복사 소스 및 대응하는 개수의 복사선 감지 검출기를 필요로 한다. 각 복사선 소스는 전용의 하우징과 이들 하우징에 의해 점유된 공간에 수납되고, 검출기에 의해 특히 휴대용 장치에서 문제가 될 수 있다. 게다가 복사선 소스는 비교적 고가인 구성요소로 많은 전기 에너지를 소비한다. 휴대용 장치에서 에너지가 배터리에 의해 공급되므로, 그러한 배터리는 다소 자주 충전되어져야만 하고, 이는 사용자를 성가시게 하는 일이다.
도 1a는 본 발명이 구현될 수 있는, 자가 혼합 효과를 사용하는, 알려진 광 입력 디바이스의 일 실시예의 횡단면도.
도 1b는 이 디바이스의 평면도.
도 2는 이 입력 디바이스의 측정 원리를 도시하는 도면.
도 3은 물체와 이 디바이스 사이의 서로에 대한 움직임의 함수로서 레이저 공동의 이득과 광 주파수의 변동을 도시하는 도면.
도 4는 이 변동을 측정하는 방법을 도시하는 도면.
도 5는 광학 피드백을 가진 레이저의 온도의 함수로서 레이저 파장의 변동을 도시하는 도면.
도 6은 레이저를 위한 주기적으로 변하는 구동 전류를 사용하는 효과를 도시하는 도면.
도 7은 움직임 방향이 검출되는 방법을 도시하는 도면.
도 8은 3개의 측정 축을 가진 광입력 디바이스의 도면.
도 9와 도 10은 2개의 센서 유닛을 가지는 스크롤-및-클릭 입력 디바이스의 실시예를 도시하는 도면.
도 11과 도 12는 1개의 센서 유닛을 가지는 스크롤 및 클릭 입력 디바이스의 일 실시예를 도시하는 도면.
도 13은 광학 키보드를 가지는 휴대폰의 평면도.
도 14는 이 휴대폰의 단면을 도시하는 도면.
도 15는 이 휴대폰에서의 광 가이드의 실시예의 평면도.
도 16은 이 광 가이드의 또다른 실시예의 평면도.
도 17은 1개의 센서 유닛을 가지는 통합된 광학 키보드와, 광입력 디바이스의 실시예를 도시하는 도면.
도 18은 2개의 센서 유닛을 가지는 통합된 광학 키보드와, 광입력 디바이스의 실시예를 도시하는 도면.
도 19는 3개의 센서 유닛을 가지는 통합된 광학 키보드와, 광입력 디바이스의 실시예를 도시하는 도면.
도 20은 통합된 광학 키보드와 광입력 디바이스를 구비하는 무선 전화기 장치를 도시하는 도면.
도 21은 통합된 광학 키보드와 광입력 디바이스를 구비하는 랩탑 컴퓨터를 도시하는 도면.
도 22는 통합된 광학 키보드와 광입력 디바이스를 구비하는 데스크탑 컴퓨터를 도시하는 도면.
도 23은 통합된 광학 키보드와 입력 디바이스를 구비하는 리모트 컨트롤을 도시하는 도면.
본 발명의 목적은 광입력 디바이스와 광학 키보드를 통합한다는 새로운 개념을 제공하는 것으로, 이는 구성요소 개수를 상당히 감소시키는 것과 입력 디바이스의 성능을 개선하는 것을 허용한다. 본 발명에 따르면, 이 장치는 다이오드 레이저로부터 창으로의 측정 빔의 경로가 광학 키보드의 광 가이드를 통해 연장하는 것을 특징으로 한다.
이 장치는 입력 디바이스의 측정 빔이 또한 광학 키보드의 키가 눌러진 상태에 있는지를 검출하는데 사용될 수 있다는 통찰과 입력 디바이스의 출력 신호의 신뢰도가 다이오드 레이저와 디바이스 창 사이의 거리를 증가시킴으로써 상당히 증가될 수 있다는 통찰에 기초하고 있다. 측정 빔이 입력 디바이스의 창에 도달하기 전에 모든 키 위치를 측정 빔이 통과하도록, 입력의 다이오드 레이저가 배열된다.
입력 디바이스가 스크롤 움직임과 클릭 움직임의 a/o 측정을 허용하는 장치의 일 실시예는, 입력 디바이스가 제 1 및 제 2 센서 유닛의 측정 빔이 디바이스 창으로 가능 중에 키의 첫번째 세트의 위치 및 키의 두번째 세트의 위치를 각각 통과하도록 광학 키보드에 대하여 배치되는 2개의 센서 유닛을 포함하는 것을 특징으로 하고, 첫번째 세트와 두번째 세트는 모두 제어될 모든 키를 포함한다.
WO 02/37410에 설명된 바와 같이, 2개의 센서 유닛을 구비한 입력 디바이스는 제 1 축을 따른 클릭 움직임과 제 2 축을 따른 스크롤 움직임 및 스크롤 움직임(상방 또는 하방 스크롤)의 방향의 측정을 허용한다. 제 1 및 제 2 센서 유닛의 측정 빔은 각각 제 1 및 제 2 키 세트의 키의 상태(눌러진 또는 그렇지 않은)를 결정하는데 사용되고, 이러한 키 세트는 동일한 개수의 키를 포함할 수 있다.
입력 디바이스가 2개의 상이한 방향으로의 클릭 움직임과 스크롤 움직임의 a/o 측정을 허용하는 장치의 일 실시예는, 입력 디바이스가 3개의 센서 유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는데, 이러한 3개의 센서 유닛은 제 1, 제 2 및 제 3 센서 유닛의 측정 빔이 디바이스 창으로 가는 도중에 각각 제 1, 제 2 및 제 3 세트의 키의 위치를 통과하도록, 광학 키보드에 대하여 배열되고, 이러한 제 1, 제 2 및 제 3 세트는 제어될 모든 키를 포함한다.
재차, 상이한 센서 유닛의 측정 빔은 센서 유닛과 연관된 세트의 키 상태를 결정하는데 사용된다. 3개의 축을 따라 측정을 허용하는 입력 디바이스는, 본질적으로 전술한 WO 02/37410호에 기술되어 있다.
본 장치의 바람직한 일 실시예는 입력 디바이스가 스크롤 움직임과 클릭 움직임 모두를 측정하도록 적응되고 추가 수단이 제공된 센서를 포함하는 것을 특징으로 하고, 이러한 추가 수단은 디바이스의 창 위의 물체의 존재를 설정하는 것을 허용한다.
이러한 입력 디바이스는, 스크롤 움직임을 측정하는데 사용되는 센서 유닛에 존재하는 지금까지 사용되지 않은 정보가 입력 창 위의 손가락의 존재를 결정하는데 사용될 수 있다는 최근에 얻어진 통찰을 사용한다. 만약 그러한 존재가 설정되면, 창의 손가락의 짧은 휴식을 포함하는 클릭 움직임이 발생할 수 있다는 결론이 도출될 수 있다. 스크롤 및 클릭 움직임 모두를 측정하기 위해, 동일한 센서 유닛을 사용함으로써, 센서 유닛이 절감될 수 있고, 이는 입력 디바이스 및 따라서 장치에 관한 비용 및 공간 절감을 의미하게 된다.
입력 디바이스 창 위의 손가락이나 다른 물체의 존재는, 센서 출력 신호에서의 낮은 주파수 구성요소의 진폭 변동이나, 센서 유닛의 다이오드 레이저에 관한 전기 구동 전류에서의 변동 또는 출력 신호에서의 파동 패턴을 측정함으로써 결정될 수 있다.
바람직한 실시예가 오직 적응 센서 유닛만을 포함할 때, 그것의 측정 빔은 키보드의 모든 키 위치를 통과한다. 하지만 바람직한 실시예는, 예를 들어 제 2 축을 따라 스크롤 작용을 측정하거나 좀더 신뢰할 수 있는 센서 신호를 얻기 위해 움직임 정보에서의 중복도(redundancy)를 생성하기 위해 제 2 센서 유닛을 포함할 수 있고, 심지어는 상기 목적을 위한 제 3 센서 유닛을 포함할 수 있다. 그러한 경우, 상이한 센서 유닛의 측정 빔은 상이한 세트의 키의 상태를 제어한다.
레이저 공동의 동작시의 변화를 측정하기 위한 몇가지 가능성이 존재하고, 이는 본 장치의 상이한 실시예를 초래한다.
제 1 실시예는 그 측정 수단이 레이저 공동의 임피던스 변화를 측정하기 위한 수단인 것을 특징으로 한다.
제 2 주요 실시예의 바람직한 일 실시예는 그 측정 수단이 레이저에 의해 방출된 복사선을 측정하기 위한 복사선 검출기인 것을 특징으로 한다.
상기 복사선 검출기는 그것이 측정 빔의 복사선 부분을 수신하는 방식으로 배열될 수 있다.
하지만 입력 디바이스의 이러한 실시예는, 바람직하게 그 복사선 검출기가 레이저 공동의 후면에 배열되는 것을 특징으로 한다.
레이저 공동의 후면은 측정 빔이 방출되는 면(전면)의 반대측 면을 의미하는 것으로 이해된다.
변조된 측정 복사선의 낮은 주파수 구성요소를 측정하기 위한 제 2 복사선 감지 검출기를 포함하는 장치는, 측정 빔이 방출되는 레이저 공동의 면에 제 2 검출기가 배열된다는 점을 또한 특징으로 한다.
예를 들어, 제 2 검출기는 다이오드 레이저와 입력 디바이스의 렌즈 사이의, 제 2 검출기가 입력 디바이스의 한 구성요소에 의해 반사된 복사선을 수신하는 위치나, 제 2 검출기가 측정 빔으로부터 갈라진 복사선을 수신하는 위치에 배열될 수 있다.
광학 키보드와 광입력 디바이스의 새로운 어셈블리는, 휴대폰, 무선 전화기, 랩탑 컴퓨터, 휴대용 컴퓨터, 데스크 컴퓨터용 키보드, 및 청구범위 제 13항 내지 제 18항에 청구된 TV 세트용 리모트 컨트롤과 같은 상이한 애플리케이션에서 사용될 수 있다.
본 발명의 이들 및 다른 양태는, 비제한적인 예에 의해, 이후 기술된 실시예를 참조하여 분명해지고 명료해진다.
도 1a는 알려진 광 입력 디바이스의 일 실시예의 개략적인 횡단면도이다. 이 디바이스는, 그 하부 측에, 다이오드 레이저, 이 실시예에서 타입 VCSEL의 레이저를 위한 지지대인 베이스 플레이트(1)와, 검출기, 예를 들어 포토 다이오드를 포함한다. 도 1a에서는, 단 하나의 다이오드 레이저(3)와 이와 연관된 포토 다이오드(4)만이 도시되어 있으며, 그러나 적어도 제 2 다이오드 레이저(5)와 이와 연관된 검출기(6)가 이 디바이스의 도 1b의 평면도에 도시된 바와 같이 베이스 플레이트 위에 제공될 수 있다. 이 다이오드 레이저(3, 5)는 레이저, 즉 측정 빔(13, 17)을 각각 방출한다. 이 디바이스의 상부 측에 사람의 손가락이 가로질러 움직이는 투명한 창(12)이 제공된다. 렌즈(10), 예를 들어 평면 볼록(plane-convex) 렌즈가 다이오드 레이저와 창 사이에 배열된다. 이 렌즈는 측정 빔(13, 17)을 투명한 창의 상부 측에 또는 이 상부 측 가까이에 수렴시킨다(focus). 만일 사람의 손가락과 같은 물체(15)가 이 위치에 존재하는 경우, 이 물체는 빔(13)을 산란시킨다. 빔(13)의 복사선의 일부는 측정 빔(13)의 방향으로 산란되며, 이 일부는 렌즈(10)에 의해 다이오드 레이저(3)의 방출 면 위에 수렴되면 이 레이저의 공동으로 다시 들어간다. 이후 설명되는 바와 같이, 공동으로 되돌아가는 복사선은 이 공동에 변화를 유발하며, 이 변화는 특히 다이오드 레이저에 의해 방출되는 레이저 복사선의 세기의 변화를 야기한다. 이것을 자가 혼합 효과라고 부른다. 이 자가 혼합 효과로 인한 세기 변화는 이 복사선의 변동을 전기 신호로 변환하는 포토 다이오드(4)에 의해 검출될 수 있다. 이 신호는 전자 회로(18)에서 처리된다. 도 1a와 도 1b에 도시되어 있는 포토 다이오드(4, 6)의 신호를 위한 회로(18, 19)는 각각 예시를 위한 목적만을 가지며 다소 종래의 것일 수 있다. 도 1b에 예시된 바와 같이, 이 회로는 상호 연결될 수 있다.
도 2는 수평 방출 다이오드 레이저와, 레이저의 후면에 배치된 모니터 포토 다이오드가 사용될 때, 입력 디바이스의 원리와 측정 방법을 예시한다. 이 도 2에서, 다이오드 레이저, 예를 들어 다이오드 레이저(3)는 개략적으로 그 공동(20)으로 표시되고, 그 전면 및 후면은 레이저 미러(21, 22)에 의해 각각 도시된다. 이 공동은 길이(L)를 가진다. 그 움직임이 측정되는 물체 또는 사람의 손가락은 참조 부호(15)로 표시된다. 이 물체와 전면(21) 사이의 공간은 길이(L0)를 가지는 외부 공동(external cavity)을 형성한다. 이 전면을 통해 방출되는 레이저 빔, 즉 측정 빔은 참조 부호(25)로 표시되며, 이 물체에서 이 전면의 방향으로 반사된 복사선은 참조 부호(26)로 표시된다. 레이저 공동에서 생성된 복사선의 일부는 이 후면을 통과하며 포토 다이오드(4)에서 포획된다.
만일 물체(15)가 측정 빔(25)의 방향으로 움직이면, 반사된 복사선(26)은 도플러 이동(Doppler shift)을 받게 된다. 이것은, 이 복사선의 주파수가 변화하거나 또는 주파수 이동이 일어난다는 것을 의미한다. 이 주파수 이동은 물체가 움직이는 속도에 따라 다르며 수 ㎑ 내지 ㎒ 정도이다. 레이저 공동으로 다시 들어가는 주파수 이동된 복사선은 광파 즉 이 공동에서 생성된 복사선을 간섭하며, 즉 자가 혼합 효과가 이 공동에서 일어난다. 광파와 이 공동으로 다시 들어가는 복사선 사이의 위상 이동의 양에 따라, 이 간섭은 보강 간섭이나 부간섭이 되며, 즉 방출된 레이저 복사선의 세기는 주기적으로 증가되거나 감소된다. 이 방식으로 생성된 레이저 복사선 변조의 주파수는 이 공동에서의 광파의 주파수와 이 공동으로 다시 들어가는 도플러-이동된 복사선의 주파수 사이의 차이와 정확히 같다. 이 주파수 차이는 수 ㎑ 내지 수 ㎒ 정도이며 그리하여 검출하기에 용이하다. 자가 혼합 효과와 도플러 이동의 결합에 의해 레이저 공동의 거동에 변동이 일어나며, 특히 그 이득이나 광 증폭이 변경된다.
이것은 도 3에 도시되어 있다. 이 도 3에서 곡선(31 및 32)은, 방출된 레이저 복사선의 주파수(υ)의 변동과, 다이오드 레이저의 이득(g)의 변동을, 물체(15)와 전면 미러(21) 사이의 거리(L0)의 함수로서 각각 나타낸다. υ, g, 및 L0은 모두 임의의 단위이다. 거리(L0)의 변동이 물체의 움직임의 결과이기 때문에, 도 3의 횡좌표는, 이득이 시간의 함수로서 도시되도록 시간 축으로 재조정(re-scaled)될 수 있다. WO 02/37410호에 설명된 바와 같이, 물체의 속도(v)의 함수로서 이득 변동(Δg)은 다음 식으로 주어진다.
이 수식에서,
- K 는 외부 공동에 대한 결합 계수(coupling coefficient)이며; 이는 레이저 공동 밖으로 결합되는 복사선의 양을 나타낸다;
- υ는 레이저 복사선의 주파수이며;
- v 는 측정 빔의 방향으로의 물체의 속도이며;
- t 는 시간을 나타내며,
- c 는 광속이다.
물체 표면(15)은 도 2에서 화살표 16으로 표시된 바와 같이 그것의 자체 평면 내에서 움직인다. 도플러 이동이 이 빔의 방향으로의 물체가 움직이는 경우에만 일어나기 때문에, 이 움직임(16)은 이 방향으로 구성요소(16')를 가지도록 있어야 한다. 이에 의해 그 움직임이 X 움직임이라고 불릴 수 있는 XZ 평면에서의 움직임, 즉 도 2의 도면의 평면에서의 움직임을 측정하는 것이 또한 가능하게 된다. 도 2 는 물체의 면이 이 시스템의 나머지에 대해 비스듬한 위치(skew position)를 가진다는 것을 보여준다. 실제로, 통상 측정 빔은 비스듬한 빔이며 물체 면의 움직임은 XY 평면에서 일어날 수 있다. Y 방향은 도 2에서 도면의 평면에 수직이다. 이 방향으로의 움직임은 제 2 다이오드 레이저에서 방출되는 제 2 측정 빔에 의해 측정될 수 있으며 그 산란된 광은 제 2 다이오드 레이저와 연관된 제 2 포토 다이오드에 의해 포획된다. 비스듬한 조명 빔(들)은 도 1a에 도시된 바와 같이, 렌즈(10)에 대해 편심적으로(eccentrically) 다이오드 레이저(들)를 배열하는 것에 의해 얻어진다.
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 레이저(다이오드)의 접합부(junction) 내의 전도 대역(conduction band)에 있는 전자의 수에 비례한다는 사실을 이용한다. 이 수는 차례로 이 접합부의 저항에 반비례한다. 이 저항을 측정함으로써, 물체의 움직임이 측정될 수 있다. 이 측정 방법의 실시예가 도 4에 예시되어 있다. 이 도 4에서, 다이오드 레이저의 활성 층(active layer)은 참조 부호 35로 표시되며, 이 레이저에 공급하기 위한 전류원(current source)은 참조 부호 36으로 표시된다. 다이오드 레이저 양단의 전압은 커패시터(capacitor)(38)를 경유하여 전자 회로(40)에 공급된다. 레이저를 통한 전류로 정규화된 이 전압은 레이저 공동의 저항, 즉 임피던스(impedance)에 비례한다. 다이오드 레이저와 직렬인 인덕턴스(inductance)(37)는 다이오드 레이저 양단에 신호를 위한 높은 임피던스를 형성한다.
움직임의 양, 즉 물체 또는 손가락이 움직이며 시간에 따라 측정된 속도를 적분하여 측정될 수 있는 거리 외에, 또한 움직임의 방향이 검출되어야만 한다. 이것은, 물체가 움직임 축을 따라 전방으로 움직이는지 또는 후방으로 움직이는지가 결정되어야 하는 것을 의미한다. 움직임의 방향은 자가 혼합 효과로부터 유발되는 신호의 형상을 결정함으로써 검출될 수 있다. 도 3에서 그래프(32)에 의해 도시된 바와 같이, 이 신호는 비대칭 신호이다. 이 그래프(32)는 물체(15)가 레이저 쪽으로 움직이는 상황을 나타낸다. 상승 기울기(32′)는 하강 기울기(32″)보다 더 가파르다. WO 02/37410호에 기술된 바와 같이, 이 비대칭은 레이저로부터 멀어지는 물체의 움직임에 대해서는 거꾸로 되며, 즉 하강 기울기가 상승 기울기보다 더 가파르다. 자가 혼합 신호의 비대칭의 타입을 결정하는 것에 의해 물체의 움직임의 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 결정하는 또 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 5의 그래프(45)는 방출되는 복사선의 파장(λ)의 온도(Td) 의존성을 보여준다. 이 도 5에서, 수평 축(Td)과 수직 축(λ)은 모두 임의의 단위이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 이 그래프(50)로 표시되는 주기적인 구동 전류(Id)가 다이오드 레이저에 공급되면, 다이오드 레이저의 온도(Td)는 그래프(52)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, 각각 이 공동 내의 파(wave)와, 이 공동으로 다시 들어가는 반사된 복사선의 위상 관계에 따라 다이오드 레이저 이득이 교대로 더 높고 더 낮은 연속하는 시간 세그먼트(time segment)가 이제 있게 된다. 이것은 도 6의 그래프(54)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 상방이나 전방 방향으로의 물체의 움직임은 다시 들어가는 복사선의 파장의 감소를 유발하며, 그 반대 방향, 즉 하방이나 후방 방향으로의 움직임은 이 복사선의 파장의 증가를 유발한다. 레이저 공동에서 광파의 주기적인 주파수 변조가 도플러 이동이 상기 공동에서 주파수 변조화 동일한 부호를 가지는 경우에 갖게 되는 효과는 상기 주파수 변조와 도플러 이동이 반대 부호를 가지는 효과와는 다르다. 만일 2개의 주파수 이동이 동일한 부호를 가지는 경우, 그 광파와 다시 들어가는 복사선 사이의 위상 차는 느린 속도(slow rate)로 변화하며, 레이저 복사선의 최종 변조 주파수는 더 낮아진다. 만일 2개의 주파수 이동이 반대 부호를 가지는 경우, 그 광파와 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. 후방으로 움직이는 물체의 경우, 다시 들어가는 복사선의 파장은 또한 증가하여, 이 공동 내의 광파의 주파수와 이 공동으로 다시 들어가는 복사선의 주파수 사이의 차이가 더 낮아지게 된다. 그리하여 다시 들어가는 복사선의 파장이 그 세그먼트 동안 생성된 복사선의 파장에 적응되는 시간 세그먼트의 수는 방출된 레이저 복사선의 전기 변조가 없는 경우보다 더 작아진다. 이것은, 만일 물체가 후방으로 움직이는 경우, 제 1 절반 주기에서의 펄스의 수가 변조가 가해지지 않은 경우보다 더 작아진다는 것을 의미한다. 레이저의 온도와 생성된 복사선의 파장이 감소하는 제 2 절반 주기 1/2p(b)에서, 다시 들어가는 복사선의 파장이 생성된 복사선의 파장에 적응되는 시간 세그먼트의 수는 증가한다. 그리하여, 후방으로 움직이는 물체에 대해, 제 1 절반 주기, 즉 다이오드 레이저의 워밍-업(warming-up) 동안에서의 펄스의 수는 제 2 절반 주기, 즉 다이오드 레이저의 냉각(cooling) 동안에서의 펄스의 수보다 더 작아진다.
이것은 도 7의 그래프(58)에 예시되어 있으며, 이 그래프는 후방으로 물체가 움직이는 경우 방출되는 레이저 복사선의 세기(Ib)를 보여준다. 이 그래프(58)를 도 6의 그래프(54)와 비교하면, 제 1 절반 주기에 있는 펄스의 수는 감소하였고 제 2 절반 주기에 있는 펄스의 수는 증가하였다는 것을 알 수 있다. 물체가 전방으로 움직여서, 이에 의해 물체에서 산란되어 레이저 공동으로 다시 들어가는 복사선의 파장이 도플러 효과로 인해 감소하는 경우, 제 1 절반 주기 1/2p(a)에서의 펄스의 수는 제 2 절반 주기 1/2p(b)에서의 펄스의 수보다 더 크다. 이것은, 전방으로 움직이는 물체의 경우에 방출되는 복사선의 세기(If)를 나타내는 도 7의 그래프(56)를 도 6의 그래프(54)와 비교하여 확인할 수 있다.
전자 처리 회로에서, 제 2 절반 주기 1/2p(b) 동안 카운트되는 포토 다이오드 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 움직이고, 이 신호가 음(negative)이면, 물체는 후방으로 움직인다. 그 결과 펄스의 수는 각각 전방 및 후방으로의 움직임 속도에 비례한다.
예를 들어 레이저와 물체 사이의 광학 경로 길이가 비교적 작고, 전기 변조의 주파수와 진폭이 비교적 작으며, 검출될 움직임이 비교적 빠른 특정 상황하에서는, 도플러 효과에 의해 생성된 펄스의 수가 전기 변조에 의해 생성된 펄스의 수보다 높은 경우가 발생할 수 있다. 그러한 상황에서는, 움직임 방향은 여전히 제 1 절반 주기 동안의 펄스의 수를 제 2 절반 주기 동안의 펄스의 수와 비교함으로써 검출될 수 있다. 하지만 속도는 이들 2개의 수 차이에 비례하지 않는다. 그러한 상황에서의 속도를 결정하기 위해서, 상기 2개의 수의 평균이 구해져야 하고 일정한 값이 그 결과로부터 빼져야 한다. 이러한 식으로 얻어진 수는 속도에 관한 측정값이다. 당업자라면 이러한 계산을 수행하기 위해 전자 회로를 용이하게 설계할 수 있다.
도 6과 도 7을 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.
한 평면에서 2개의 수직(X, Y) 방향 또는 측정 축을 따라 움직이는 물체의 움직임은 도 1a와 도 1b의 입력 디바이스로 측정될 수 있고, 이러한 디바이스는 수직 방위로 2개의 다이오드 레이저와 연관된 포토 다이오드를 포함한다. 제 3 다이오드 레이저와 연관된 포토 다이오드를 이 디바이스에 추가하는 것은 또한 제 3의 Z 방향 또는 측정 축을 따른 움직임의 측정을 허용한다. 제 3 다이오드 레이저는 렌즈(10)의 광학 축 상에 배치될 수 있어서, 제 3 조명 빔은 창(12)과 물체 또는 손가락(15) 상에 수직으로 입사하고, 다른 방향으로의 구성요소를 가지지 않는다. 이후 Z 방향에 관한 최적 측정 신호가 얻어질 수 있다. X와 Y 측정 신호의 신뢰성과 정확도를 증가시키기 위해, 3개의 다이오드 레이저가 한 원 상에 및 120°의 상호 각도 거리로 배치될 수 있다. 이러한 구성은 도 8에 도시되어 있고, 도 8에서 제 3 다이오드 레이저와 제 3 포토 다이오드는 각각 참조 번호(7, 8)에 의해 표시된다. 포토 다이오드(4, 6, 8)의 출력 신호 또는 저항 측정 신호를 각각 S4, S6, 및 S8로 나타내면, X, Y, Z 측정 축으로의 물체 속도(Vx, Vy, Vz)는 예를 들어 다음과 같이 각각 계산될 수 있다.
Vx = 2.S4 - S6 - S8
Vy = √3.(S8 - S6)
Vz = 1/√2.(S4 + S6 + S8)
이러한 계산을 수행하기 위한 전자 회로는 가산 및 감산 요소를 포함하고, 비교적 구현하기가 용이하다.
속도 값과, 시간에 대해서 적분하여, 이러한 방식으로 얻어진 X와 Y 방향으로의 움직임 지속 시간, 즉, 움직임 길이 값은 좀더 믿을 수 있고 정확하게 된다. 이러한 값들은 적어도 2개의 포토 다이오드의 출력 신호를 평균한 결과이기 때문이다. 움직임 오차나 손가락을 약간 들어올리는 것과 같은 원치 않는 움직임은 포토 다이오드의 출력 신호에 유사한 영향을 미친다. X와 Y 측정 축을 따른 움직임은 서로로부터 출력 신호를 뺌으로써 결정되므로, X와 Y 측정 신호 상의 원치 않는 움직임의 영향은 제거된다. 3개의 포토 다이오드의 출력 신호를 가산함으로써 얻어지는 Z 측정 신호(Vz)만이, 손가락이나 또다른 물체의 상/하 이동을 가리킨다.
사람의 손가락이 Z 방향으로 움직이고, 서로에 대해서 입력 디바이스가 클릭 기능을 수행하는데 사용되는 애플리케이션에서, 그러한 움직임이 발생하는 것을 충분히 검출한다. 물체의 정확한 변위 측정은 반드시 필요하지 않아서, Z-측정은 다소 개략적일 수 있다. 움직이는 방향조차도 검출될 필요가 없다.
이러한 구조나 손가락의 반사 계수에 어떠한 요구 사항도 거의 설정될 필요가 없다. 또한 한 장의 백지(blank)나 심지어 입력 디바이스에 대한 흑색 종이의 움직임이 용이하게 측정될 수 있어서, 디바이스로의 입력은 또한 손가락보다는 또다른 물체에 의해 주어질 수 있다는 것이 증명되고 있다.
도 8에 도시된 것과 같은 입력 디바이스에서, 측정 빔은 바람직하게 창의 면에 초점이 맞추어지지 않는다. 이들 빔이 기본 플레이트 레벨에서 상이한 위치로부터 나오므로, 측정 빔은 작용 면, 예를 들어 창의 면에서의 상이한 위치에서 스폿(spot)을 형성한다. 측정 빔과 그들의 산란된 복사선이 충분히 공간을 두고 분리되어 있어서, 상이한 측정 축 사이의 누화(cross talk)는 보통 문제를 일으키지 않는다. 필요하다면, 잔여 누화가 약간 상이한 파장을 가진 다이오드 레이저를 사용하여 감소될 수 있다. 이를 위해, 수㎚의 파장 차이로 이미 충분하다.
누화 제거의 또다른 가능성은 다이오드 레이저에 관한 제어 구동의 사용으로, 이는 임의의 순간에 활성화될 하나의 레이저만 활성화 되도록 한다. 상이한 다이오드 레이저를 번갈아 활성화시키는 다중화 구동 회로는, 그러한 제어 구동을 구성할 수 있다. 그러한 다중화 회로는 하나의 검출기, 또는 포토 다이오드에 의해 2개 또는 3개의 다이오드 레이저를 감시하는 것을 허용하고, 상기 검출기는 다이오드 레이저 각각으로부터의 복사선 도달 범위 내에 배치되며, 시간 공유 모드에서 사용된다. 그러한 구동 회로를 구비한 실시예의 추가 장점은 회로에 관해 필요한 공간과 디바이스의 전력 소비가 감소된다는 점이다.
도 9는 광입력 디바이스의 실시예의 원리를 도시하는 것으로, 이러한 광입력 디바이스는 통상 스크롤 및 클릭 움직임을 측정하는데 적합하다. 그러한 입력 디바이스는 메뉴 차트가 디스플레이 상의 커서에 의해 스크롤되고 클릭에 의해 선택된 메뉴가 활성화되는 장치에서 사용될 수 있다. 이러한 입력 디바이스는 스크롤-및-클릭 디바이스라고 불릴 수 있다.
도 9의 스크롤-및-클릭 디바이스(60)는 2개의 광학 센서 유닛(62, 64)을 포함한다. 각 센서는 다이오드 레이저와 포토 다이오드 어셈블리(66, 68)를 포함한다. 다이오드 레이저(66, 68)에 의해 방출된 각 측정 빔(74, 76)의 경로에는, 작용 면(78)에서의 연관된 빔을 수렴하는 렌즈(70, 72)가 배치될 수 있고, 이러한 작용 면(78)은 디바이스 창의 평면일 수 있다. 이 창(78)은, 이 디바이스가 통합되는 장치, 예를 들어 도 10에 도시된 바와 같은 휴대폰의 하우징(82)의 일부를 형성할 수 있다. 다이오드 레이저와 연관된 렌즈는 빔(62, 64)의 주요 광선이 창(88)에 수직한(normal) 선에 대하여 대향하는 각(opposite angle), 예를 들어 각각 +45°및 -45°의 각으로 각각 배열된다.
물체 또는 사람의 손가락(80)은 스크롤 작용을 위해 작용면을 가로질러 움직이고 클릭 작용을 위해 이 평면에 수직으로 움직인다. 전술한 바와 같이, 양 작용은 모두 다이오드 레이저와 포토 다이오드 어셈블리(66, 68) 쪽으로 향하는 손가락에서 반사된 복사선에 도플러 이동(Doppler shift)을 유발한다. 이들 다이오드 레이저와 연관된 검출기의 출력 신호는 신호 처리 및 레이저 구동 전자 회로(84)에 공급된다. 이 회로는 예를 들어 제어 손가락(80)의 움직임을 평가하며 그 출력(86)에서 그 움직임에 관한 정보를 공급한다.
위에서 기술된 바와 같이, 레이저/다이오드 유닛을 향하거나 이로부터 멀어지는 손가락이나 다른 물체의 움직임은 레이저 전류를 변조하고, 포토 다이오드에 의해 수신된 펄스를 카운트하는 것에 의해 검출될 수 있다. 빔(74, 76)의 주요 광선을 따라 물체의 속도를 각각 나타내는 이들 다이오드의 출력 신호(Sign1 및 Sign2)로부터, 창에 평행한 속도(Vsroll)와 창에 수직한 속도(Vclick)는, 다음과 같이 계산될 수 있다:
Vscroll = 1/2 √2.(Sign1- Sign2)
Vclick = 1/2 √2.(Sign1 + Sign2)
도 11은 휴대폰에서 사용된 스크롤-및-클릭 디바이스(90)의 일 실시예를 도시하는 것으로, 이 디바이스는 오직 하나의 광학 센서 유닛을 포함한다. 단일 센서 유닛은 다이오드 레이저 및 포토 다이오드(모니터 다이오드) 어셈블리(92)와 입력 디바이스의 창(78) 위로 다이오드 레이저로부터 오는 측정 빔을 수렴시키기 위한 렌즈(94)를 포함한다. 이 모니터 다이오드는 전자 회로(98)에 연결되고, 이 전자 회로는 모니터 출력 신호를 처리하며 레이저 구동 전류를 제어한다. 참조 부호(100)는 이 회로의 출력 신호나 휴대폰 메뉴와 같은 입력 디바이스 외부에 있는 장치의 기능을 제어하는 인터페이스를 나타낸다. 측정 빔의 주요 광선이 이 창 위에 예각으로 입사하기 때문에, 이 광선은 스크롤 방향(X)과 클릭 방향(Z)의 구성요소를 모두 가지고 있다. 스크롤 움직임과 클릭 움직임은 모두 레이저 공동으로 되 반사된 측정 빔 복사선의 변화를 유발한다. 이러한 변화를 유발한 것이 클릭 움직임인지 또는 스크롤 움직임인지를 결정하기 위해, 손가락이 휴지 상태에 있는지 또는 주어진 시간 지속시간 동안 이 창 위에 놓여 있었는지가 확립된다. 만약 그러하다면, 클릭 작용이 수행된 것으로 결론 내릴 수 있을 것이다. 이 경우, 그러한 클릭 작용은, 손가락을 창 쪽을 향해 Z 방향으로 신속히 움직이는 것, 이 손가락을 창에 터치(touch)하는 것, 및 이 창으로부터 손가락을 신속히 떼는 것으로 구성된다.
위에서 언급된 바와 같이, 창을 가로지르는 손가락의 움직임으로 인해 레이저 복사선 변조 주파수는, 예를 들어 상황에 따라 수 ㎑ 내지 1 ㎒ 정도이다. 창 위에 손가락이 놓여 있는 경우에, 이 레이저 복사선은 또한 스크롤 주파수보다 상당히 낮은 주파수에서 변조될 수 있다는 것이 발견되었다. 이 낮은 주파수 변조는 도 11에 참조 부호(102)로 표시된 부가적인 검출기(포토 다이오드)에 의하여 검출될 수 있고, 이는 변조된 복사선의 일부를 수신하도록 배열된다. 이 포토 다이오드(102)에 입사하는 복사선의 양은 측정 빔의 경로에 있는 빔 스플리터(beam splitter)(미도시), 예를 들어 부분적으로 반사하는 미러를 배열하는 것에 의해 설정될 수 있다. 이 빔 스플리터는 부가적인 포토 다이오드 쪽을 향하는 측정 빔 복사선의 일정 부분을 반사한다. 부가적인 포토 다이오드는 레이저 구동 및 신호 처리 회로(100)에 연결된다. 이 회로는 이렇게 하여 클릭 작용이 일어나는지 않았는지를 확립할 수 있으며, 그리하여 측정된 움직임이 클릭 움직임인지 또는 스크롤 움직임인지를 확립할 수 있다.
낮은 주파수 복사선 변조의 발생은 도 12에 도시된 바와 같이 모니터 다이오드에 의하여 또한 검출될 수 있다. 이 도 12는 다이오드 레이저(104)와 이 다이오드 레이저의 후면에서 방출된 레이저 복사선(97)을 수신하기 위한 모니터 다이오드(106)를 포함하는 어셈블리(92)를 도시한다. 모니터 다이오드 신호(SD) 일부는 저역 통과 필터(108)에 공급되며, 이 저역 통과 필터(108)는 낮은 주파수 구성요소(SL)만을 신호 처리 회로(100)에 통과시킨다. 이 신호(SD)의 나머지는 신호(SR)로서 회로(98)에 직접 공급된다.
다시, 이 회로에서는, 클릭 움직임이 일어났는지 일어나지 않았는지, 즉 낮은 주파수 진폭 변동이 일어나는지 일어나지 않는지를 확립할 수 있으며, 그리하여 측정된 움직임, 즉 SR의 정보가 클릭 움직임인지 또는 스크롤 움직임인지를 확립한다. 또한 신호(Sd) 전부를 회로(98)에 공급하는 것도 가능하며 이 회로는 이 신호(Sd)로부터 낮은 주파수 구성요소를 분리하는 것도 가능하다.
창 위에 손가락이 놓여 있는 시간 동안, 다이오드 레이저와 디바이스 창을 포함하는 광전자 피드백 루프가 존재하며, 그 구성 요소 사이에 측정 빔 복사선이 모니터 다이오드와 레이저 구동 회로 앞뒤로 통과한다. 이 레이저 공동 내에 레이저 복사선을 다시 결합하는 효과는 더 작은 레이저 구동 전기 전류로도 동일한 양의 복사선이 방출된다는 것이다. 손가락이 디바이스 창 위에 존재할 때 구동 전류는, 그 손가락의 존재가 예를 들어 도 4의 회로 또는 이 기술 분야에 숙련된 사람에게 잘 알려져 있는 이와 유사한 회로에서 이 구동 전류를 측정하는 것에 의해 확립될 수 있도록, 감소된다. 이러한 측정 결과는 모니터 다이오드로 측정된 움직임이 클릭 움직임인지 또는 스크롤 움직임인지를 결정할 수 있게 한다.
펄스 구동 다이오드 레이저가 사용되는 경우, 디바이스 창 위에 손가락이 있는지는 또한 레이저 구동 전류 기간의 제 1 절반과 제 2 절반에서 일어나는 검출기 신호 내의 파동의 수를 카운트하는 것에 의해 확립될 수도 있다. 도 6 및 도 7에서 설명된 바와 같이, 제 1 절반 기간에서 파동의 수는, 손가락이 창 위에 정지해 있는 경우 제 2 절반 기간에서의 파동의 수와 동일할 것이다.
전술한 입력 창 위에 손가락의 존재를 검출하기 위한 본 방법의 각 실시예는 중복도를 획득하고 그리하여 측정의 신뢰도를 증가시키기 위한 하나 또는 그 이상의 다른 실시예와 결합될 수 있다. 이들 실시예 각각은 또한 자가 혼합 효과와 도플러 이동으로 인해 레이저 공동 내의 변동을 측정하는 방법 중 하나와 결합될 수 있다.
도 13은 디스플레이 패널(112), 마이크로폰(114), 디바이스 창(116)으로 나타낸 광입력 디바이스, 및 숫자 패드(118)를 포함하는 휴대폰 장치의 일 실시예의 정면도를 도시한다. 숫자 패드는 단순한 타입의 키보드이고, 다이얼 키(122) 및 소수의 다른 키(120)와 같은 더 적은 수의 여러 개의 키를 포함한다. 키의 개수는 도 13에 도시된 것보다 많을 수 있다. 숫자 패드 대신, 장치는 더 많은 기능을 가지는 키보드를 포함할 수 있다.
광입력 디바이스는 휴대폰에 통합될 때 큰 장점을 제공할 수 있고, 이러한 휴대폰에는 WAP 프로토콜이나 I-모드 인터넷 프로토콜과 같은 표준 프로토콜이 제공된다. 그러한 프로토콜에 의해, 휴대폰은 인터넷과 같은 세계적인 통신 네트워크에 관한 단말로서 사용될 수 있다. 광입력 디바이스의 창(116)은 도 13에 도시된 바와 같은 휴대폰 케이싱(casing)(124)의 측면(126)에 끼워질 수 있다. 또한 숫자 패드가 수용되는 이러한 케이싱의 표면에 이 창을 배치하는 것도 가능하다. 이 창은 도 13에 도시된 바와 같은 볼록한 표면인 것이 바람직하다. 이는 창이 먼지와 그리스(grease)를 모을 수 없고, 사람의 손가락에 의해 용이하게 검출될 수 있다는 장점을 가진다. 숫자 패드나 키보드(118)는 광학 키보드이다.
여기서 논의된 장치의 타입에 대한 본 발명의 영향력을 설명하기 위해, 먼저 출원 번호 PCT/IB02/01859를 가지는 계류중인 PCT 특허 출원에서 기술된 광학 키보드가 짧게 논의된다.
도 14는 도 13의 라인 Ⅱ-Ⅱ를 따른 휴대폰의 단면을 도시한다. 디스플레이(112)는 2개의 기판(130, 132) 사이에 배열된 액정 물질층(미도시)을 포함하는 액정 디스플레이일 수 있다. 이 실시예에서, 디스플레이는 투명한 운반체(기판)(134) 상에 있고, 여기서 키(122)의 위치에 오목한 부분(136)이 제공된다. 기판(134)은 예를 들어 투명한 플라스틱으로 만들어지고, 광 가이드 부분과 적어도 하나의 광원 및 검출기를 위한 공간을 포함한다.
도 15에 도시된 평면도에서, 키보드의 광 가이드 부분(140)(이후, 키보드 광 가이드라고 함)은 직사각형 ABCD 내에 위치하고 있다. 키보드 광 가이드의 면(AD)에는 또다른 광 가이드(144)가 배열된다. 이 광 가이드(이후 소스 광 가이드라고 함)는 LED와 같은 소스로부터의 복사선을 수신하고, 이러한 소스는 기판에서의 위치(142)에 배열된다. 제 2 광원으로부터의 복사선을 수신하기 위해, 유사한 소스 광 가이드(144′)가 키보드 광 가이드의 면(AB)에 배열될 수 있고, 이러한 제 2 광원은 기판에서의 위치(142′)에 배열된다.
X 방향으로의 광 경로(152)와 Y 방향으로의 광 경로(154)의 위치에서만 소스 광 가이드로부터의 광이 키보드 내로 결합되도록, 예를 들어 돌출 요소가 제공되는 키보드 광 가이드(140)가 구성된다. 광 경로(152)가 광 경로(154)를 가로지르는 위치(156)에, 도 14에 이미 도시된 바와 같은 오목부가 존재한다. 키보드 광 가이드(140)의 면(BC)을 따라, 추가 광 가이드(146)가 배열된다. 이 광 가이드(이후 검출기 광 가이드라고 함)는 키보드 광으로부터의 복사선을 수신하여 이 복사선을 기판(134)에서의 위치(148)에 배열된 포토 다이오드와 같은 광 검출기로 운반한다. 키보드 광 가이드(140)로부터의 복사선을 기판에 있는 위치(148′)에 배열된 광학 검출기로 운반하기 위해, 유사한 검출기 광 가이드(146′)가 키보드 광 가이드(140)의 면(CD)에 배열될 수 있다. 키보드 광 가이드로부터 검출기 광 가이드 내로의 복사선의 결합을 개선하기 위해, 검출기 광 가이드에는 돌출 요소가 제공될 수 있다.
키(122)가 눌려지면, 키는 키보드 광 가이드 내로 움직이고 키 위치(136)에서의 광 경로 교차점 내로 움직인다. 그러한 키는 부분적으로 또는 총체적으로 이들 경로를 따라 이동하는 광을 반사할 것이다. 결과적으로 위치(148, 148′)에서의 광학 검출기에 의해 수신된 복사선의 양은, 이들 검출기의 출력 신호가 바뀌어지도록 변경될 것이다. 소스 광 가이드가 그들의 연관된 광원에 의해 한 면으로부터 조명될 때, 키보드 광 가이드 내로 결합된 복사선의 세기는 광원의 위치(142′,142) 각각으로부터의 광 경로(152, 154)의 거리가 증가함에 따라 감소한다. 그러므로, 특정키를 누름으로써 생기는 검출기 출력 신호의 진폭 변화는 광원으로부터의 이러한 키의 거리에 의존한다.
검출기 또는 포토 다이오드의 출력 신호는, 필요하다면 증폭 후에, 광 경로(152)와 광 경로(154) 모두에 관해서 이들 신호에서의 변화를 측정하기 위해 전자 회로에 공급되어, 키보드의 어느 키가 눌러졌는지를 결정하는 것을 허용한다.
키보드 광 가이드 내로 눌러지는 키 부분에는 복사선의 반사를 위한 그들의 능력을 개선하기 위해 반사성 물질이 제공될 수 있다.
광원(LED)은 펄스화된(pulsed) 소스일 수 있다.
위치(148, 148′)에서의 포토 다이오드에 의한 대신, 측정될 키보드 광 가이드로부터의 복사선이 또한, 예를 들어 반사기나 다른 광학 구성요소에 의해 다른 위치로 가이드될 수 있다. 예를 들어, 디스플레이(112)가 박막 트랜지스터의 매트릭스에 의해 제어된다면, 이 매트릭스는 키보드로부터의 복사선을 측정하기 위한 추가 트랜지스터를 가지고 확장될 수 있다. 이러한 옵션은, 기판(134)이 도 14에서의 기판(130) 대신, 디스플레이 기판으로서 사용될 때 매력적이다. 필요하다면, 추가 트랜지스터의 설계는 그들의 특별한 기능을 위해 최적화될 수 있다.
소스로부터오며 상이한 세기를 갖는 복사선 부분을, 상이한 Y 광 경로(154) 로 결합하기 위해, 소스 광 가이드(144)는 도 16에 도시된 바와 같은 감소하는 두께를 보여줄 수 있다. 소스(LED)(160)로부터의 빔 부분(165)은, 그 광 경로에 있는 1개의 키 쪽으로 소스 광 가이드(144)의 비스듬한 상부면에 의해 Y 광 경로(154) 내로 빔(165Ⅰ)으로서 반사된다. 그 키가 눌러지면, 그것의 반사 부분은 검출기 광 가이드(146’) 쪽으로 빔(165Ⅱ)으로서 복사선을 부분적으로 반사한다. 이 광 가이드의 비스듬한 좌측은 검출기(162) 쪽으로 빔(165Ⅲ)으로서 복사선을 반사한다. 측정의 신뢰도를 개선하기 위해, 빔(165Ⅳ)으로서, 키 반사 부분에 의해 통과된 복사선도 측정될 수 있다. 이 빔은 제 2 검출기(162’) 쪽으로 검출기 광 가이드(146)의 비스듬한 표면에 의해 반사된다. 동일한 방식으로, 키의 눌려진 상황이 X 광 경로를 통해, 복사선 소스(160’), 소스 광 가이드(144’), 검출기 광 가이드(146), 및 검출기(162’)에 의해 검출될 수 있다. 이러한 타입의 검출을 위해, 광원(160, 160’)은 번갈아 가며 스위칭 온 및 스위치 오프되어야 한다.
반드시 키의 위치를 연속적으로 검출할 필요는 없고, 초당 여러번 그러한 검출을 수행하는 것으로 족하다.
상이한 X 및 Y 광 경로(152, 154)를 따라 보내진 복사선 빔은 상이한 세기에 의해서뿐만 아니라, 상이한 주파수에 의해서도 구별될 수 있다. 이는 소스 광 가이드(144, 144’)와, 키보드 광 가이드(140) 사이에 컬러 필터(170)를 배열함으로써 실현될 수 있다. 이 필터는 그것의 길이에 걸쳐, 예를 들어 적외선으로부터 자외선까지의 변화하는 컬러를 보여준다. 검출기 브랜치(branch)에서도 컬러 구별이 실현되어야 한다. 특히 소스 광 가이드의 반사 표면에 특정 구조 및/또는 형상을 부여함으로써, 상이한 X 및 Y 광 경로 상에 입사하는 복사선 빔의 세기를 설정할 몇가지 가능성이 존재한다.
본 발명에 따르면, 도 13 내지 도 16에 도시된 광학 숫자 패드나 키보드 또는 또다른 타입의 키보드의 설계는 키보드와 광입력 디바이스를 통합함으로써 상당히 단순화될 수 있다. 키의 상태를 결정하기 위한 빔이 다이오드 레이저에 의해 공급되고, 입력 디바이스의 검출기에 의해 측정되므로, 키보드 그 자체는 더 이상 복사선 소스와 검출기를 포함할 필요가 없다. 눌려진 키의 위치가 도 13 내지 도 16의 입장에서 논의된 것과는 상이한 방식으로 측정되므로, 특정 구조를 가지는 소스 광 가이드(144, 144’)와 검출기 광 가이드(146, 146’)는 더 이상 필요하지 않다. 또한 검출기(148, 148’)의 출력 신호를 처리하기 위한 전자 회로는, 눌려진 키의 위치에 대한 정보가 입력 디바이스의 출력 신호(들)로부터 유도되기 때문에, 더 이상 필요하지 않다. 이러한 식으로 광학 키보드에 관한 상당한 공간과 비용이 절감될 수 있다. 이는 광학 키보드의 다른 타입에도 적용된다. 또 키의 위치를 따라 빔 측정을 가이드하는 것은, 다이오드 레이저와 측정될 물체(손가락) 사이의 거리가 실질적으로 증가된다는 것을 의미하고, 이는 입력 디바이스의 정확도와 신뢰도의 실질적인 증가를 초래한다. 그러므로 광학 키보드와 광입력 디바이스의 통합은, 키보드에 관해서뿐만 아니라 입력 디바이스에 관해서도 장점을 제공한다.
도 17은 입력 디바이스가 통합되는 광학 키보드의 제 1 실시예(180)를 도시한다. 광입력 디바이스는 다이오드 레이저 및 포토 다이오드 어셈블리(182), 및 디바이스 창(186)을 포함한다. 어셈블리(182)는 다이오드 레이저에 의해 방출된 측정 빔(184)이 광 가이드(140)를 통해 전파되도록, 키보드 광 가이드(140)에서 배열된다. 어셈블리(182)는 또한 측정 빔을 조준하기 위해 렌즈 수단(미도시)을 포함할 수 있다. 디바이스 창(186) 앞에, 디바이스 창 위의 측정 빔을 수렴하기 위한 렌즈 수단(미도시)이 측정 빔 경로에 배열될 수 있다. 측정 빔은 그것이 창에 도달하기 전에, 미러(190 내지 195)에 의해 모든 키의 위치를 따라 가이드된다.
창(186)을 가로지르는 물체나 손가락의 스크롤 움직임은 도 1 내지 도 8의 입장에서 기술된 것과 동일한 방식으로 측정된다. 도 17의 실시예에서, 단일 센서 유닛도 클릭 동작을 측정한다. 전술한 바와 같이, 이후 디바이스 창 위의 손가락의 시간상 존재를 검출하여, 클릭 움직임이 발생했는지를 검출하기 위해, 레이저 구동 전류에서의 변화와 검출기 신호에서의 낮은 주파수 변조의 발생 등과 같은 추가 정보의 사용이 이루어진다. 어느 키가 눌러졌는지를 측정하기 위해, 도 6에 도시된 파동의 사용이 이루어지고, 이러한 파동은 손가락 움직임과 무관하게 레이저 공동 내로 되돌아가는 측정 복사선을 반사시킴으로써 생긴다. 지금까지 0차(zero order) 파동이라고 불리기도 하는 이들 파동은 전방 스크롤 움직임과 후방 스크롤 움직임을 구분하기 위해 사용되었다. 이를 위해, 0차 파동은 움직임의 방향에 따라, 스크롤 움직임에 의해 생긴 파동에 더해지거나 파동으로부터 빼진다. 본 발명에 따르면, 검출기 출력 신호에서의 0차 파동의 제 2 사용이 이루어진다. 키는 광학적으로 분산 또는 되반사하는 표면을 구비하고, 이는 키가 눌러졌을 때 키보드 광 가이드에서의 범위를 정하고, 레이저 공동으로의 측정 복사선을 각각 산란 및 반사시킨다. 0차 파동의 개수는 다이오드 레이저와 산란이 발생하는 위치 사이의 거리에 의존하므로, 눌려진 키의 위치와 따라서 그 키의 숫자는 0차 파동의 개수를 카운트함으로써 결정될 수 있다. 본 명세서에서 이미 기술된 입력 디바이스에서 파동이 이미 카운트되기 때문에 전방향 및 후방향 움직임을 구별하도록, 어느 키가 눌러졌는지를 결정하기 위한 추가 수단이 필요하지 않게 된다. 검출기-신호 파동을 평가하는 소프트웨어만이 적응되어져야 하고, 이는 당업자에게는 단순한 작업이다.
그 움직임이 측정될 물체 또는 손가락은 레이저 공동으로부터 가장 먼 산란 또는 반사 표면이고, 이제 레이저 공동으로부터 상당히 먼 거리에 배열된다. 이는 손가락의 존재에 의해 생긴 0차 파동의 개수가 상당히 증가된다는 큰 장점을 제공하고, 이는 상방 또는 하방 스크롤 움직임의 인식을 크게 용이하게 한다. 이러한 식으로, 통합된 입력 디바이스 및 광학 키보드의 스크롤 신호의 품질과 신뢰도는 입력 디바이스 그 자체의 것에 비해 상당히 증가된다.
스크롤/클릭 신호에 있어서, 0차 파동의 개수는 임의의 눌려진 키에 의해 생긴 이들 파동의 개수보다 크고, 손가락의 움직임에 의해 생긴 신호는 눌려진 키에 의해 생긴 신호와 용이하게 구분될 수 있다.
도 18은 통합된 입력 디바이스를 구비한 광학 키보드의 일 실시예(200)를 도시하는 것으로, 이러한 통합된 입력 디바이스는 2개의 다이오드 레이저(202, 204)와 연관된 포토 다이오드(미도시)를 포함한다. 입력 디바이스는 1개의 축을 따라 또는 2개의 축을 따라 클릭 움직임과 스크롤 움직임을 측정하는데 사용될 수 있다. 이제 키(125)는 2개의 그룹으로 분포된다. 도 18에서의 하위 그룹인 제 1 그룹의 키 상태는 이제 다이오드 레이저(202)와 연관된 검출기에 의해 측정된다. 이 다이오드 레이저로부터의 측정 빔(206)은 미러(210, 212)에 의해 제 1 그룹의 키의 위치를 따라 가이드되고, 이후 미러(214, 216)에 의해 디바이스 창(186)을 향한다. 다이오드 레이저(204)와 연관된 검출기는 도 18에서의 상위 그룹인 제 2 키 그룹의 키의 상태를 측정하는데 사용된다. 측정 빔은 미러(218, 220)에 의해 이들 키의 위치를 따라 가이드되고, 이후 미러(222, 224)에 의해 디바이스 창을 향한다. 이 실시예에서, 눌려진 키의 위치는 측정 빔 중 어느 것에 관해서, 복사선 경로가 중단되는지를 결정하고 이 측정 빔과 연관된 검출기 신호에서의 0차 파동의 개수를 측정함으로써 얻어진다.
도 19는 3개의 다이오드 레이저와 연관된 포토 다이오드(미도시)를 포함하는, 통합된 광입력 디바이스를 구비한 광학 키보드의 일 실시예(230)를 도시한다. 이제 키(125)는 3개의 평행한 그룹에 걸쳐 분포된다. 다이오드 레이저는 측정 빔(238, 239, 240)이 제 1(좌측) 그룹, 제 2(중앙) 그룹, 및 제 3(우측) 그룹의 키 위치를 각각 통과하도록, 이 그룹에 대해서 배열된다. 측정 빔(239)은 디바이스 창(186) 상에 직접 입사되고, 측정 빔(238)과 측정 빔(240)은 미러(244)와 미러(246)에 의해 각각 이 창으로 향한다. 도 18의 실시예에서처럼, 눌려진 키의 위치는 측정 빔 중 어느 것에 관해서 복사선 경로가 중단되는지를 결정하고, 이 측정 빔과 연관된 검출기 신호에서의 0차 파동의 개수를 측정함으로써 얻어진다. 측정 빔(238, 239, 240)은 X 방향으로의 스크롤 움직임, Y 방향으로의 스크롤 움직임 및 Z 방향으로의 스크롤 움직임을 각각 측정하는데 사용될 수 있다. 또한 스크롤 움직임과 클릭 움직임 모두를 측정하고, 예를 들어 움직임 중 어느 하나가 측정되는 신뢰도를 강화하기 위해 추가 정보를 얻도록 제 3 측정 빔을 사용하기 위해, 하나 또는 2개의 측정 빔을 사용하는 것도 가능하다.
비록 본 발명이 휴대폰 장치의 입장에서 기술되었지만, 몇가지 다른 장치, 특히 광입력 디바이스와 광학 키보드를 포함하는 소형 배터리 전원 공급 장치에서 사용될 수 있다. 그러한 장치의 일 예는 휴대폰 장치와 동일하거나 유사한 기능을 포함하는 무선 전화기 장치이다. 무선 전화기 장치(250)는 도 20에 도시되어 있다. 이 장치는 폰이나 케이블 네트워크에 연결된 베이스 스테이션(252)과, 이 베이스 스테이션으로부터 예를 들어 100m 미만의 반경을 갖는 영역 내에서 사용될 수 있는 이동가능 장치(254)로 구성된다. 장치(254)는 광학 키보드(256)와 디스플레이 디바이스(258)를 포함한다. 휴대폰 장치의 경우에서와 같이, 장치(254)에는 WAP 프로토콜이나 인터넷으로의 액세스에 관한 I-모드 프로토콜이 제공될 수 있고, 광입력 디바이스(260)가 제공된다. 창만이 도시된 이 입력 디바이스는 전술한 바와 같이 광학 키보드와 통합된다. 디바이스 창은 장치(254)의 측면에 배열될 수 있다. 휴대폰 장치에서와 같이, 장치(254)는 무선 전화기 장치에서의 본 발명의 구현이 휴대폰 장치에서와 동일한 장점을 제공하도록, 작고 경량이어야 한다.
본 발명은 또한 노트북이나 랩탑으로 알려진 휴대 가능한 컴퓨터에서 사용될 수 있고, 그 일 실시예(270)가 도 21에 도시되어 있다. 노트북은 베이스 부분(272)과 LCD 디스플레이(276)를 갖는 커버 부분(274)을 포함한다. 이 베이스 부분은 다른 컴퓨터 모듈과 광학 키보드(278)를 수용한다. 이 키보드에서, 광입력 디바이스(280)는 종래의 마우스 패드를 대체하는 것으로 배열된다. 이 입력 디바이스는 종래의 마우스 패드의 위치에 또는 임의의 다른 용이하게 액세스 가능한 위치에 배열될 수 있다. 광학 키보드와 광입력 디바이스는 휴대폰 장치에 관해서 전술한 바와 같이 통합된다.
PDA로 알려진 타입과 같은 휴대용 컴퓨터는 노트북의 더 작은 형태이다. 그러한 휴대용 컴퓨터에는 또한 광입력 디바이스와, 노트북 컴퓨터에 관해서 언급된 다른 광학 디바이스가 제공될 수 있다. 게다가 휴대용 컴퓨터는 더 작은 무게와 크기를 가지고 노트북 컴퓨터보다 더 적은 에너지를 소비해야 하므로, 휴대용 컴퓨터에서의 본 발명의 사용은 더 큰 장점을 제공한다.
본 발명은 작은 크기의 게임 컴퓨터에서도 사용될 수 있다.
도 22는 광입력 디바이스가 종래의 트랙볼 마우스를 대체하기 위해 사용되는, 데스크탑 컴퓨터 구성(290)을 도시한다. 이 컴퓨터 구성은 키보드 케이싱(casing)(292), 컴퓨터 박스(294), 및 모니터(296)로 구성된다. 이 모니터는 도 22에 도시된 바와 같이, 지지대(298)에 고정된 평판 LCD 모니터 또는 CRT 모니터일 수 있다. 디바이스 창만이 도시된 광입력 디바이스(302)는 키보드 케이싱(292)에 배열된다. 본 발명에 따르면, 키보드(300)는 광학 키보드이고, 입력 디바이스(302)는 전술한 바와 같이 키보드와 통합된다.
본 발명은 또한 도 23에 도시된 종래의 TV 세트 구성(310)에서 사용하기 위한 리모트 컨트롤 유닛(320)에 사용될 수 있고, 이 TV 세트 구성(310)은 수신기와, 디스플레이(314) 및 스피커(316)가 제공된 디스플레이 장치(312)를 포함한다. 이 구성은 본 장치를 예를 들어 인터넷 통신에 적합하게 만들기 위해 셋톱 박스(318)를 구비하고 있다. 이 박스는 폰이나 케이블 네트워크를 통해 인터넷으로의 액세스를 제공하고, 인터넷으로부터 수신된 신호를 인터넷 정보를 디스플레이하기 위해, TV 세트에 의해 처리될 수 있는 신호로 변환한다. 인터넷 TV의 사용자는 인터넷 명령을 하기 위해 가까이에 입력 디바이스를 가져야 하기 때문에, 이 입력 디바이스(324)는 리모트 컨트롤 유닛(320)에 통합되어야 한다. 리모트 컨트롤의 숫자 패드 또는 키보드(322)는 광학 키보드이고, 본 발명에 따라 광입력 디바이스는 전술한 바와 같은 방식으로 키보드와 통합된다.
일반적으로, 본 발명은 임의의 장치에 사용될 수 있으며 이러한 장치에는 광입력 디바이스와 광학 키보드가 구비된다.
본 발명은 움직이는 물체에 의해 제어된 광입력 디바이스와, 광학 키보드를 통합한 장치에 이용 가능하다.

Claims (18)

  1. 움직이는 물체에 의해 제어되는 광입력 디바이스와, 광학 키보드를 포함하는 장치로서, 상기 입력 디바이스는 측정 빔을 공급하기 위한 다이오드 레이저와, 상기 물체에 의해 반사된 측정 빔 복사선을 전기 신호로 변환하기 위한 변환 수단을 포함하는 적어도 1개의 광학 센서 유닛을 포함하고, 상기 변환 수단은 레이저 공동과, 상기 레이저 공동의 동작시 변화 측정을 위한 측정 수단의 조합으로 구성되며, 상기 변화는 상기 레이저 공동으로 다시 들어가는 반사된 측정 빔 복사선과 이 공동에서의 광파와의 간섭으로 인한 것이고, 상기 물체의 움직임을 나타내는 장치에 있어서,
    상기 다이오드 레이저로부터 상기 창으로의 상기 측정 빔의 경로는 상기 광학 키보드의 광 가이드를 통해 연장하는 것을 특징으로 하는, 움직이는 물체에 의해 제어된 광입력 디바이스와, 광학 키보드를 포함하는 장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 입력 디바이스는 2개의 센서 유닛을 포함하고, 상기 센서 유닛은 제 1 및 제 2 센서 유닛의 측정 빔이 상기 디바이스 창으로 가는 도중에 각각 제 1 세트의 키의 위치와 제 2 세트의 키의 위치를 통과하도록, 상기 광학 키보드에 대해서 배열되며, 상기 제 1 세트 및 제 2 세트는 함께 제어될 모든 키를 포함하는 것을 특징으로 하는, 움직이는 물체에 의해 제어된 광입력 디바이스와, 광학 키보드를 포함하는 장치.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 입력 디바이스는 3개의 센서 유닛을 포함하고, 상기 센서 유닛은 제 1, 제 2, 및 제 3 센서 유닛의 측정 빔이 각각 상기 디바이스 창으로 가는 도중에 각각 제 1, 제 2, 및 제 3 세트의 키의 위치를 통과하도록, 상기 광학 키보드에 대해서 배열되며, 상기 제 1, 제 2, 및 제 3 세트는 함께 제어될 모든 키를 포함하는 것을 특징으로 하는, 움직이는 물체에 의해 제어된 광입력 디바이스와, 광학 키보드를 포함하는 장치.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 입력 디바이스는 스크롤 움직임과 클릭 움직임 모두를 측정하도록 적응되고, 상기 디바이스의 창 위에 물체의 존재를 설정하는 것을 허용하는 추가 수단이 제공된 센서 유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는, 움직이는 물체에 의해 제어된 광입력 디바이스와, 광학 키보드를 포함하는 장치.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 추가 수단은 상기 변조된 측정 빔 복사선이 스크롤 움직임에 의해 생긴 변동 주파수보다 낮은 주파수의 진폭 변동을 보여주는지를 설정하기 위한 수단으로 구성되는 것을 특징으로 하는, 움직이는 물체에 의해 제어된 광입력 디바이스와, 광학 키보드를 포함하는 장치.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 센서 유닛은 레이저 공동에서 변동을 측정하기 위한 제 1 복사선 감지 검출기를 포함하고, 상기 추가 수단은 레이저 공동 상에 입사하지 않는, 측정 빔 복사선을 수신하도록 배열된 제 2 복사선 감지 검출기로 구성되는 것을 특징으로 하는, 움직이는 물체에 의해 제어된 광입력 디바이스와, 광학 키보드를 포함하는 장치.
  7. 제 4항에 있어서, 상기 추가 수단은 상기 측정 수단의 출력 신호에서의 상기 구성요소를 검출하기 위한 전자 수단으로 구성되는 것을 특징으로 하는, 움직이는 물체에 의해 제어된 광입력 디바이스와, 광학 키보드를 포함하는 장치.
  8. 제 4항에 있어서, 상기 센서 유닛은 활성화 펄스에 의해 활성화되고 상기 측정 수단은 활성화 펄스에 의해 결정된 시간 간격 동안에 측정을 수행하며, 상기 추가 수단은 상기 시간 간격의 제 1 및 제 2 절반 동안에 측정된 출력 신호에서의 파동의 개수가 동일한지를 설정하기 위한 카운트 수단과 비교 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는, 움직이는 물체에 의해 제어된 광입력 디바이스와, 광학 키보드를 포함하는 장치.
  9. 제 1항 내지 제 8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 입력 디바이스의 측정 수단은 상기 레이저 공동의 임피던스 변동을 측정하기 위한 수단인 것을 특징으로 하는, 움직이는 물체에 의해 제어된 광입력 디바이스와, 광학 키보드를 포함하는 장치.
  10. 제 1항 내지 제 8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 측정 수단은 상기 레이저에 의해 방출된 복사선을 측정하기 위한 복사선 감지 검출기인 것을 특징으로 하는, 움직이는 물체에 의해 제어된 광입력 디바이스와, 광학 키보드를 포함하는 장치.
  11. 제 5항에 있어서, 상기 복사선 감지 검출기는 상기 레이저 공동의 후면에 배열되는 것을 특징으로 하는, 움직이는 물체에 의해 제어된 광입력 디바이스와, 광학 키보드를 포함하는 장치.
  12. 제 6항에 있어서, 상기 제 2 검출기는 상기 측정 빔이 방출되는 레이저 공동의 측에 배열되는 것을 특징으로 하는, 움직이는 물체에 의해 제어된 광입력 디바이스와, 광학 키보드를 포함하는 장치.
  13. 제 1항 내지 제 12항 중 어느 한 항에 기재된 통합된 광학 키보드와 광입력 디바이스를 구비한 휴대폰 장치.
  14. 제 1항 내지 제 12항 중 어느 한 항에 기재된 통합된 광학 키보드와 광입력 디바이스를 구비한 무선 전화기(cordless phone) 장치.
  15. 제 1항 내지 제 12항 중 어느 한 항에 기재된 통합된 광학 키보드와 광입력 디바이스를 구비한 랩톱(laptop) 컴퓨터.
  16. 제 1항 내지 제 12항 중 어느 한 항에 기재된 통합된 광학 키보드와 광입력 디바이스를 구비한 휴대용(hand-held) 컴퓨터.
  17. 제 1항 내지 제 12항 중 어느 한 항에 기재된 통합된 광학 키보드와 광입력 디바이스를 구비한 데스크 컴퓨터용 키보드.
  18. 제 1항 내지 제 12항 중 어느 한 항에 기재된 통합된 광학 키보드와 광입력 디바이스를 구비한 TV 세트용 리모트 컨트롤.
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Families Citing this family (33)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8217896B2 (en) * 2003-07-31 2012-07-10 Kye Systems Corporation Computer input device for automatically scrolling
US7859517B2 (en) * 2003-07-31 2010-12-28 Kye Systems Corporation Computer input device for automatically scrolling
US7619744B2 (en) * 2004-04-29 2009-11-17 Koninklijke Philips Electronics N.V. Movement sensor
DE102004055376A1 (de) * 2004-11-08 2006-05-11 E.G.O. Elektro-Gerätebau GmbH Bedieneinrichtung, Elektrogerät mit einer solchen Bedieneinrichtung, Anordnung eines Glaskeramik-Kochfeldes mit einer solchen Bedieneinrichtung sowie Verfahren zum Betrieb einer solchen Bedieneinrichtung
CN100394367C (zh) * 2004-12-29 2008-06-11 达方电子股份有限公司 具有光学式位移传感器的电子装置及其光标控制方法
KR100527264B1 (ko) 2005-02-23 2005-11-08 에피밸리 주식회사 키보드 장치 및 키보드 키들의 색상을 선정하는 방법
CN100595723C (zh) * 2005-08-11 2010-03-24 吴远才 输入装置
JP5320066B2 (ja) 2005-08-30 2013-10-23 コーニンクレッカ フィリップス エヌ ヴェ 速度範囲にわたって対象と光入力装置の相対移動を測定する方法
GB2431276B (en) * 2005-10-14 2008-11-12 Cambridge Display Tech Ltd Display monitoring systems
US8405613B2 (en) * 2006-06-16 2013-03-26 Em Microelectronic-Marin Sa Optimization of statistical movement measurement for optical mouse, with particular application to laser-illuminated surfaces
KR100772914B1 (ko) * 2006-06-19 2007-11-05 삼성전자주식회사 광 차폐를 이용한 입력 장치 및 그 방법
CN101523334A (zh) * 2006-10-11 2009-09-02 皇家飞利浦电子股份有限公司 用于触摸屏的激光干涉设备
CN101535762A (zh) * 2006-11-17 2009-09-16 皇家飞利浦电子股份有限公司 无外部分束镜的自混合光学相干检测器
US7924175B2 (en) * 2007-03-26 2011-04-12 Motorola Mobility, Inc. Optical keypad for electronic device
EP2068212A1 (fr) * 2007-12-06 2009-06-10 The Swatch Group Research and Development Ltd. Objet portable tel qu'une pièce d'horlogerie comprenant des moyens d'enclenchement d'une fonction de commande électronique
WO2009074951A2 (en) * 2007-12-11 2009-06-18 Koninklijke Philips Electronics N. V. Semiconductor laser with integrated phototransistor
US8059925B1 (en) * 2008-08-06 2011-11-15 Lockheed Martin Corporation Optical input system and method
US8223128B1 (en) * 2008-10-08 2012-07-17 Lockheed Martin Corporation Optical input system and method
US8292444B2 (en) * 2008-10-29 2012-10-23 Zippy Technology Corp. Uniformly self-luminous keyboard device
EP2364527A1 (en) * 2008-12-10 2011-09-14 Livelock Oy Communication apparatus for communication in a medium and a manufacturing method
WO2011048538A1 (en) * 2009-10-23 2011-04-28 Koninklijke Philips Electronics N.V. Self-mixing interference device with wave guide structure
CN102147672A (zh) * 2010-02-04 2011-08-10 英华达（上海）科技有限公司 手持式电子装置
CN102479007A (zh) * 2010-11-30 2012-05-30 英业达股份有限公司 光学键盘
KR101816721B1 (ko) 2011-01-18 2018-01-10 삼성전자주식회사 센싱 모듈, ｇｕｉ 제어 장치 및 방법
US8823643B1 (en) * 2012-07-09 2014-09-02 Bill Biswell Optical computer input controller device
US20160026275A1 (en) * 2014-07-23 2016-01-28 Verifone, Inc. Data device including ofn functionality
US11094481B2 (en) * 2016-11-15 2021-08-17 Pixart Imaging Inc. Keyswitch capable of identifying keycap change
US11157113B2 (en) * 2018-04-13 2021-10-26 Apple Inc. Self-mixing interference based sensors for characterizing touch input
US11243686B2 (en) 2018-04-13 2022-02-08 Apple Inc. Self-mixing interference based sensors for characterizing user input
US10544923B1 (en) 2018-11-06 2020-01-28 Verifone, Inc. Devices and methods for optical-based tamper detection using variable light characteristics
US11112883B2 (en) * 2019-12-10 2021-09-07 Dell Products L.P. Keyboard having keys with configurable surface displays
TWI760175B (zh) * 2021-04-08 2022-04-01 崑山科技大學 Plc之非接觸式4×4鍵盤
DE102022109546A1 (de) 2022-04-20 2023-10-26 Trumpf Photonic Components Gmbh Vorrichtung zum Erzeugen einer Lichtschranke

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
USRE33422E (en) * 1984-02-02 1990-11-06 Optically activated keyboard for digital system
JPH02116912A (ja) * 1988-10-26 1990-05-01 Nec Corp レーザ光キーボード
JPH0760360B2 (ja) * 1992-04-10 1995-06-28 直弘 丹野 キ−ボ−ドの打ち込みキ−判別方法および打ち込みキ−判別装置
US5867772A (en) * 1996-03-08 1999-02-02 Ericsson, Inc. Cellular telephone assembly and method for assembling a cellular telephone
US6424407B1 (en) * 1998-03-09 2002-07-23 Otm Technologies Ltd. Optical translation measurement
US6552713B1 (en) * 1999-12-16 2003-04-22 Hewlett-Packard Company Optical pointing device
US6525677B1 (en) * 2000-08-28 2003-02-25 Motorola, Inc. Method and apparatus for an optical laser keypad
DE60141704D1 (de) * 2000-11-06 2010-05-12 Koninkl Philips Electronics Nv Verfahren zur messung der bewegung eines eingabegeräts
AU2003224393A1 (en) * 2002-05-17 2003-12-02 Koninklijke Philips Electronics N.V. Apparatus comprising an optical input device and at least one further optical device having a common radiation source

Also Published As

Publication number Publication date
EP1537470B1 (en) 2008-07-09
US7573463B2 (en) 2009-08-11
TW200417928A (en) 2004-09-16
WO2004021158A2 (en) 2004-03-11
KR100975304B1 (ko) 2010-08-12
JP2005537560A (ja) 2005-12-08
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JP4152951B2 (ja) 2008-09-17
WO2004021158A3 (en) 2004-07-22
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DE60322073D1 (de) 2008-08-21
ATE400842T1 (de) 2008-07-15
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AU2003253166A8 (en) 2004-03-19

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