KR20070021068A - 광학적 네비게이션 디바이스 및 네비게이션 정보 발생 방법 - Google Patents

광학적 네비게이션 디바이스 및 네비게이션 정보 발생 방법 Download PDF

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KR20070021068A
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샬리니 벤카테쉬
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아바고 테크놀로지스 이씨비유 아이피 (싱가포르) 피티이 리미티드
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Abstract

본 발명에서, 투명한 층을 통과하는 네비게이션 정보를 발생시키도록 구성된 광학적 네비게이션 디바이스를 위한 방법 및 시스템이 제공된다. 특히, 광학적 네비게이션 디바이스는 광원에 대해 광학적으로 투명한 층을 통해 반사면을 조명하도록 구성되는 광원을 포함한다. 센서는 반사면에서 반사되는 광에 응답하여 네비게이션 정보를 발생하도록 구성된다. 센서는 센서와 반사면 사이의 소정 거리를 수용하도록 하는 피사계 심도로 구성된다. 접촉 센서는 또한 광학적 네비게이션 디바이스가 더 이상 투명한 층에 접촉하지 않는 시점을 나타내도록 포함된다. 접촉 센서는 광학적 네비게이션 디바이스에 대해 스케이팅 기능을 허용한다.

Description

광학적 네비게이션 디바이스 및 네비게이션 정보 발생 방법{SYSTEM AND METHOD FOR AN OPTICAL NAVIGATION DEVICE CONFIGURED TO GENERATE NAVIGATION INFORMATION THROUGH AN OPTICALLY TRANSPARENT LAYER AND TO HAVE SKATING FUNCTIONALITY}
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따라, 투명한 층과 반사면 위의 광학적 네비게이션 디바이스의 광원과 센서 사이를 지나는 광의 경로를 도시한 도면.
도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따라, 광학적 네비게이션 디바이스가 표면으로부터 이격되는 시점을 결정하는 접촉 센서를 도시한 광학적 네비게이션 디바이스의 단면도.
도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따라, 광학적 네비게이션 디바이스가 표면으로부터 이격되는 시점을 결정하는 접촉 센서를 도시하는 광학적 네비게이션 디바이스의 바닥 투시도.
도 3a은 본 발명의 일 실시예에 따라, 광학적 네비게이션 디바이스가 표면에 접촉하는 시점을 나타내는 접촉 센서를 도시한 도면.
도 3b은 본 발명의 일 실시예에 따라, 광학적 네비게이션 디바이스가 표면에 접촉하지 않거나, 또는 이격되는 시점을 나타내는 접촉 센서를 도시한 도면.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라, 스케이팅 기능을 사용하여 투명한 층을 통과하는 네비게이션 정보를 발생하는 방법의 단계를 도시한 순서도.
본 발명은 Tong Xie와 Marshall T.DuPue에 의해 2003년 10월 6일 미국 출원된, "Method and Device for Optical Navigation"라는 명칭의 미국특허출원 제 10/680,525 호에 관련되는데, 이 출원은 본 출원인에게 양도되어 본 발명의 명세서에서 참조로서 인용된다.
본 발명은 Tong Xie와 Marshall T.DuPue, Susan Hunter에 의해 2004년 10월 30일 미국 출원된, "Tracking Separation Between an Object and a Surface Using a Reducing Structure"라는 명칭의 미국특허출원 제 10/977,720 호에 관련되는데, 이 출원은 본 출원인에게 양도되어 본 발명의 명세서에서 참조로서 인용된다.
본 발명의 다양한 실시예들은 움직임 감지 디바이스 분야에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명의 다양한 실시예들은 투명한 층 위에서 동작할 수 있는 스케이팅 기능을 갖는 광학적 네비게이션 디바이스을 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다.
광학적인 상대적 움직임 검출 디바이스(본 명세서에서 "광학적 네비게이션 디바이스"라 칭함)는 네비게이션 디바이스가 표면 위를 통과하거나 또는 표면이 네비게이션 디바이스를 지나 움직임할 때의 표면의 이미지를 포착함으로써 네비게이 션 디바이스와 표면 사이의 상대적인 움직임을 결정하도록 전형적으로 이미지 상호관계 기술을 사용한다. 표면에 대한 네비게이션 디바이스의 상대적인 움직임의 변위 및 방향은 하나의 이미지를 다음 이미지와 비교함으로써 결정된다.
전형적으로, 광학적인 상대적 움직임 검출 디바이스 내의 소스에 의해 방사되는 광(예로서, 발광 다이오드 또는 레이저)은 표면에서 반사되어 광학적 네비게이션 내의 감광성 이미저(imager)에 의해 포착된다. 광학적 네비게이션 디바이스가 움직임에 따라, 프레임들 사이의 변화에 상응하는 광학적 패턴이 검출된다. 연속적으로 포착된 프레임들 사이에서 관찰되는 변화들로부터, 표면 위의 마우스의 위치 변화가 결정될 수 있다.
예로서, 기존의 광학적 네비게이션 디바이스는 표면이 네비게이션 되도록 비스듬히 조명한다. 표면의 높이 변화는 기하광학(geometrical ray optics)에 의해 나타나는 그림자를 발생시킨다. 그림자 패턴의 크기 및 명암 대비는 부분적으로 광학적 네비게이션 디바이스가 추적되는 표면의 유형에 따라 달라진다. 그러나, 광학적 네비게이션 디바이스를 사용함에 있어서 (광학적 스케일에서) 일반적으로 충분한 표면 변화성 또는 텍스쳐를 갖는 표면이 제 2의 투명한 층(예로서, 유리 또는 그와 유사한 재료)으로 덮힌 일부 경우에서, 광학적 네비게이션 디바이스는 기본적으로 광학적 스케일에서 단조로운 표면에서 변화를 추적할 수 없다. 즉, 이렇게 위에 덮힌 재료의 상부 표면에서 반사되는 광은 광학적 추적에서 사용될 수 있는 공간적인 변화를 나타내지 않을 것이다. 결과적으로, 투명한 층 위에서 동작하는 광학적 네비게이션 디바이스는 동작상의 문제점을 나타낸다.
본 발명에서, 투명한 층을 통과하는 네비게이션 정보를 발생시키도록 구성된 광학적 네비게이션 디바이스를 위한 방법 및 시스템이 제공된다. 특히, 광학적 네비게이션 디바이스는 광원에 대해 광학적으로 투명한 층을 통해 반사면을 조명하도록 구성되는 광원을 포함한다. 센서는 반사면에서 반사되는 광에 응답하여 네비게이션 정보를 발생하도록 구성된다. 센서는 센서와 반사면 사이의 소정 거리를 수용하도록 하는 피사계 심도로 구성된다. 접촉 센서는 또한 광학적 네비게이션 디바이스가 더 이상 투명한 층에 접촉하지 않는 시점을 나타내도록 포함된다. 접촉 센서는 광학적 네비게이션 디바이스에 대해 스케이팅 기능을 허용한다.
본 발명의 앞서 기술된 목적 및 장점과 그외의 목적 및 장점들이 첨부된 도면을 참고하여 후술될 상세한 설명으로부터 보다 쉽게 이해될 수 있을 것이다.
스케이팅 기능(skating functionality)을 사용하여 투명한 층을 통해 네비게이션 정보를 생성하도록 구성된 광학적 네비게이션 디바이스(optical navigation device) 시스템 및 방법에 대하여 본 발명의 실시예들의 세부 사항이 기술될 것이며, 이에 대한 예들이 첨부된 도면에 도시된다. 본 발명은 바람직한 실시예들에 관련하여 기술되었지만, 본 발명을 이 실시예로 제한하는 것이 아님을 이해할 것이다. 오히려, 본 발명은 첨부된 청구 범위에 의해 정의되는 본 발명의 사상 및 범위 내에 포함되는 변경들, 수정 및 균등물들을 포함한다.
또한, 후술될 본 발명의 상세한 설명에서, 본 발명에 대한 완전한 이해를 제공하기 위해 다수의 특정한 세부 사항들이 먼저 설정된다. 그러나, 이러한 특정한 세부 사항들이 없어도 본 발명이 실시될 수 있음을 당업자는 인식할 것이다. 한편, 본 발명의 측면들을 불필요하게 모호하게 만들지 않도록 잘 알려진 방법들, 절차들, 구성 요소들 및 회로들은 세부적으로 기술되지 않았다.
본 발명의 실시예들은 컴퓨터 시스템과 함께 사용되는 광학적 네비게이션 디바이스 또는 광마우스와 같은 전자적 이미징 시스템인, 컴퓨터 시스템에서 구동되는 하드웨어 내에서 구현될 수 있다. 이러한 프로그램은 표면 상의 네비게이션 목적의 이미지 데이터를 처리하도록 동작될 수 있다. 일 실시예에서, 이미징 시스템은 버스에 연결된 프로세서 및 버스에 연결된 메모리 저장부를 포함한다. 메모리 저장부는 휘발성일 수 있으며 또는 비휘발성일 수도 있다.
이어지는 상세한 설명의 일부분에는 절차들, 단계들, 논리 블록들, 프로세싱 및 컴퓨터 메모리 상에서 실행될 수 있는 데이터 비트에 대한 기타 동작들을 나타내는 표현의 용어들이 존재한다. 이러한 설명 및 표현들은 데이터 프로세싱 기술에 관련된 당업자들이 다른 당업자들에게 그들의 기술의 요지를 가장 효과적으로 전달하기 위해 사용되는 수단이다. 절차, 컴퓨터의 실행 단계, 논리 블록, 프로세스 등은 본 명세서에서, 그리고 일반적으로도, 원하는 결과를 유도하는 일관성 있는 일렬의 단계들 또는 순서를 의미한다. 단계들은 물리적 양의 물리적 조작을 요구한다. 일반적으로, 반드시 필요한 것은 아니지만, 이러한 양들은 컴퓨터 시스템 내에서 저장되고, 전달되고, 결합되고, 비교되며, 또는 조작될 수 있는 전기적 또 는 자기적 신호의 형태를 갖는다. 이러한 신호들은 통상적인 사용을 위해, 비트, 값, 소자, 기호, 부호, 용어, 숫자 등으로 지칭하는 것이 편리한 경우가 많다.
그러나, 이러한 용어 및 유사한 용어들은 모두 적절한 물리적 양과 관련되는 것으로, 이러한 양들에 적용되는 편리한 라벨(labels)일 뿐이라는 사실에 유념해야 한다. 후술되는 설명으로부터 명백해지는 바와 같이 별도로 달리 언급되지 않는 한, 본 발명 전반을 통해, "조명", "검출", "발생", "스케이팅" 등과 같은 용어를 사용하는 설명은 컴퓨터 시스템의 레지스터 및 메모리 내의 물리적(전기적) 양으로서 표현되는 데이터를 유사하게 컴퓨터 시스템 메모리나 레지스터들 또는 이러한 기타 정보의 저장, 전송, 또는 디스플레이 디바이스 내의 물리적 양으로서 표현되는 다른 데이터로 변환 및 조작하는 컴퓨터 시스템 또는 유사한 전기적 컴퓨팅 디바이스의 동작 및 프로세스를 지칭하는 것임을 이해해야 한다.
따라서, 본 발명의 실시예는 스케이팅 기능을 갖는 광학적 네비게이션 디바이스에 의해 투명한 층을 통한 네비게이션 정보를 발생하는 방법 및 시스템을 제공한다. 결과적으로, 본 발명의 다른 실시예들은 전술된 목적을 달성하며 보다 깊은 피사계 심도를 갖고, 유리와 같은 광학적으로 투명한 층에 의해 덮힐 수 있는 반사면 상에서의 연속적인 추적 및 스케이팅 기능을 허용하는 접촉 센서를 갖는 광학적 네비게이션 디바이스를 제공한다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따라, 투명한 층을 통해 네비게이션 정보를 제공할 수 있는 광학적 네비게이션 디바이스(110)를 도시한 도면이 도시된다. 본 발명의 실시예에 따르면, 광학적 네비게이션(110)은 연속적인 추 적(tracking) 및 스케이팅 기능을 제공한다.
도 1의 광학적 네비게이션 디바이스(110)는 광원(120) 및 센서(130)를 포함한다. 명료함과 간결함을 위해, 광학적 네비게이션 디바이스(110)에는 단지 광원(120) 및 센서(130)만이 포함되지만, 이미징 성능을 제공하기 위해 광학적 네비게이션 디바이스의 다른 구성 요소들(예로서, 디지털 신호 프로세서, 이미저(imager), CMOS 이미저(complementary metal oxide semiconductor imager), 등)을 필요로 할 수도 있다는 점을 이해할 것이다.
광원(120)은 광학적 네비게이션 디바이스(110) 아래의 반사면(160)을 조명하도록 구성된다. 일부 실시예들에서, 광원(120)은 LED(light emitting device)이다. 다른 실시예들에서, 광원은 레이저이다(예로서, VCSEL(vertical cavity surface emitting laser)).
또한, 광원(120)은 광원에 의해 발생된 광에 대해 광학적으로 투과성이 있는 층(150)을 통과하여 반사면을 조명한다. 즉, (예로서, 유리와 같은) 투명한 층(150)은 광원(120)에 의해 발생된 광을 반사하지 않는다. 예를 들어, 투명한 층(150)의 표면(155)은 광학적 반사를 일으킬만한 뚜렷한 텍스츄얼 표면 특성(textual surface feature)이 없을 정도로 매끈하다.
또한, 센서(130)는 반사면(160)에서 반사되는 광원(120)으로부터의 광에 대응하는 네비게이션 정보를 생성하도록 구성된다. 설명하자면, 센서(130)는 이미지 정보 또는 공간적인 필터링 정보와 같은 네비게이션 정보를 생성하는 각각의 포토센서들의 어레이(array)을 포함하는 1차원(1-D) 또는 2차원(2-D)의 센서 어레이일 수 있다. 또한, 일 실시예에서 센서(130)는 단일 포토다이오드와 같은, 단일 센서일 수도 있다.
도 1은 광원(120)으로부터의 광이 센서(130)에 도달하기 위해 지나는 경로를 도시한다. 예를 들어, 광선(125)은 광원(120)으로부터 방사되어, 투명한 층(150)을 통과하고, 반사면(160)에서 반사되어 센서(130)의 중심에서 수신되는 것으로 도시된다. 또한, 광선(127)은 광원(120)으로부터 방사되어, 투명한 층(150)을 통과하고, 반사면(160)에서 반사되어 센서(130)의 중심에서 수신되는 것으로 도시된다. 설명을 위해, 광선(125, 127)은 광원(120)에 의해 발생된 광이 조명되는 경계를 도시한다. 즉, 예를 들어, 광원으로부터 방사된 광은 광선(125, 127)의 범위 내에 있다. 따라서, 광원으로부터 반사된 광도 광선(125, 127)의 범위 내에 있으며 센서(130)에 의해 수신된 광의 수집 각도 θ(theta)를 정의한다.
광학적 네비게이션 디바이스(110)는 반사면(160)으로부터의 반사광의 수집기 역할을 하는 렌즈(170)를 하나 이상 포함한다. 예로서, 렌즈들은 후속 처리를 위해 반사광을 센서의 중심으로 포커싱하는 역할을 한다. 보다 구체적으로, 센서(130)는 반사면(160)의 일부분의 이미지를 구성할 수 있다. 센서는 광학적 네비게이션 디바이스가 투명한 층을 가로질러 반사면에 대해 이동함에 따라 연속적으로 반사면의 사진 또는 이미지를 찍는다.
광학적 네비게이션 디바이스(110)는 순차적인 사진들이 오버랩되도록 충분히 빠른 속도로 (예를 들어, 전형적인 속도는 1초당 1500장의 픽쳐 또는 프레임) 반사면의 사진을 찍을 수 있다. 이러한 방법으로, 광학적 네비게이션 디바이스가 반사 면(160)에 대해 움직임함에 따라 반사면(160)의 텍스츄얼 특성들은 확인되고 추적된다. 센서는 둘 이상의 프레임들 간의 공통적인 특성을 확인하여 그들 사이의 거리를 결정할 수 있다. 이러한 정보는 마우스의 움직임을 나타내기 위해 X 및 Y 좌표로 해석된다.
추가적으로, 또한 도 1은 광원(120)과 센서(130) 사이의 광학적 경로에 위치한 조리개(145)를 포함하는 리듀싱 구조체(reducing structure)(140)를 도시한다. 리듀싱 구조체(140)는 반사면(160)에서 반사되는 광의 수집 각도를 조절하기 위해 구성된다.
일 실시예에 따르면, 광학적 네비게이션 디바이스(110)는 센서와 반사면(160) 사이의 거리를 수용하는 피사계 심도(depth of field)를 갖도록 구성된다. 피사계 심도는 대략 반사면(160)이 위치될 수 있으면서 동시에 센서(130)의 수신면에서 사용가능한 이미지를 발생시키는 거리의 범위로서 정의된다. 보다 구체적으로, 조리개(145)와 연결된 하나 이상의 렌즈들은 광학적 네비게이션 디바이스(110)의 피사계 심도를 수용 및 지원하도록 설계된다. 따라서, 렌즈들 및 조리개(145)에 의해 영향을 받아, 광학적 네비게이션 디바이스(110)의 피사계 심도가 센서(130)의 위치와 관련된 반사면(160)의 위치를 수용할 만큼 충분히 크면, 센서는 반사면에서 반사된 광을 수신 및 처리할 수 있다. 이러한 방법으로, 광학적 네비게이션 디바이스는 매끈한, 투명한 층(150)의 두께의 범위를 수용할 수 있다(예를 들어 수 ㎜의 두께).
예를 들어, 본 발명의 실시예들에 따르면, 조리개(145)의 적절한 크기 및 위 치, 또는 조리개(145)의 제거까지도 광학적 네비게이션 디바이스의 적절한 피사계 심도를 제공한다. 다른 실시예들에서, 선택된 조리개 설계와 관련된 적절한 렌즈 설계는 적절한 피사계 심도를 제공한다. 이러한 경우, 마우스로부터 방사된 광은 투명한 층(150)을 통과할 수 있으며, 반사면(160)에서 반사되고 투명한 층(150)을 다시 통과하여, 광학적 네비게이션 디바이스(110) 내의 센서면에서 포착되고 또는 이미지화됨으로써, 광학적 네비게이션 디바이스(110)가 반사면(160) 상에 연속적인 추적을 제공할 수 있도록 한다.
추가적으로, 본 발명에 따른 실시예들은 투명한 층(160)이 존재하지 않을 때 네비게이션 정보를 제공하는 광학적 네비게이션 디바이스(110)를 위한 피사계 심도를 지원하는 데에도 매우 적합하다. 즉, 투명한 층(150)은 두께를 갖지 않는다.
도 2a, 2b는 본 발명의 일 실시예에 따라, 도 1의 광학적 네비게이션 디바이스(110)에 스케이팅 기능(skating functionality)을 제공하는 접촉 센서를 포함하는 광학적 네비게이션 디바이스(110)의 도면이다. 광학적 네비게이션 디바이스의 스케이팅 특성은 광학적 네비게이션 디바이스가 해당 표면으로부터 이격될 때 광학적 네비게이션 디바이스에 의한 추적이 중지되도록 한다. 종래 기술에서, 광학적 네비게이션 디바이스의 스케이팅은 짧고, 효과적인 광학적 피사계 심도를 갖는 것에 의해 달성되어, 광학적 네비게이션 디바이스가 짧은 거리라도 해당 표면으로부터 이격되면 관심 광학적 신호가 손실되도록 한다. 그러나, 짧고, 효과적인 피사계 심도는 투명한 층 내로 들어가기 때문에, 투명한 층 아래의 표면은 더 이상 보이지 않으며, 그러한 부적절한 피사계 심도를 갖는 통상의 광마우스는 쓸모없게 되 므로, 투명한 층은 문제를 내포한다. 그러나, 본 발명의 실시예들은 후술될 바와 같이, 접촉 또는 근접 센서를 사용하여 스케이팅 기능을 제공할 수 있다.
도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따라, 광학적 네비게이션 디바이스가 표면으로부터 이격되는 시점을 판단하는 접촉 센서(210)를 도시하는 광학적 네비게이션 디바이스(110)의 단면도이다. 도 2a에 도시된 바와 같이, 접촉 센서(210)는 광학적 네비게이션 디바이스가 해당 표면으로부터 이격되는 시점을 나타내도록 광학적 네비게이션 디바이스의 설계에 포함된다. 또한, 접촉 센서(210)는 광학적 네비게이션 디바이스가 해당 표면에 접촉 중인 때를 나타낼 수 있다. 예로서, 광학적 네비게이션 디바이스(110)의 바닥면(220)에 대한 기계적 연동 장치(230)의 위치가 광학적 네비게이션 디바이스가 해당 표면에 접촉하는지 여부를 나타낸다.
도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 접촉 센서(210)를 도시한 광학적 네비게이션 디바이스(110)의 하방 투시도이다. 도 2b에 바닥면(220)이 도시되어 있으며 접촉 센서(210)의 예시적인 위치를 도시한다. 본 발명의 실시예에 따르면, 접촉 센서의 위치는 광학적 네비게이션 디바이스의 바닥면(220) 상의 어떠한 곳에도 위치될 수 있다.
본 발명의 실시예들은 접촉 센서(210)가 광학적 네비게이션 디바이스가 해당 표면에 접촉 중인 때를 나타내는지 여부를 결정하는 환경 내에서 기술되지만, 본 발명의 다른 실시예들은 광학적 네비게이션 디바이스가 해당 표면에 근접한지 여부를 나타내는 접촉 센서(210)에도 매우 적합하다. 이러한 경우, 광학적 네비게이션 디바이스는 해당 표면에 물리적으로 접촉할 필요가 없다.
본 발명의 실시예에 따르면, 도 3a은 도 2a 및 도 2b의 접촉 센서(210)의 단면도이다. 접촉 센서는 스케이팅 기능을 제공하도록 광학적 네비게이션 디바이스의 설계에 포함된다. 일 실시예에서, 접촉 센서는 기계적 스위치를 포함한다. 다른 실시예에서, 접촉 센서는 광학적 스위치를 포함한다. 또 다른 실시예에서, 접촉 센서는 전기적 스위치를 포함한다.
도 3a에 도시된 바와 같이, 접촉 센서(210)는 도 1의 광학적 네비게이션 디바이스(110)에 연속적인 추적 기능을 제공하도록 광학적 네비게이션 디바이스가 해당 표면(예로서, 투명한 층(150))에 접촉하는 시점을 나타낸다. 예를 들어, 기계적 연동 장치(230)가 바닥면(220)을 넘어 연장되지 않도록 기계적 연동 장치가 광학적 네비게이션 디바이스(110)의 바디 내에 위치하면 광학적 네비게이션 디바이스(110)가 해당 표면(예로서, 투명한 표면)과 접촉하고 있다는 것을 나타낸다.
일 실시예에 따르면, 접촉 센서(210)는 광학적 네비게이션 디바이스의 바디 내에 광학적 센서(210)를 포함한다. 예를 들어, 광학적 센서(210)는 광학적 신호를 전송하도록 광학적 전송기(310)를 포함한다. 또한, 광학적 센서(210)는 전송기(310)와 검출기(320) 사이의 광학적 경로 상의 광학적 신호를 수신하도록 광학적 검출기(320)를 포함한다.
또한, 전송기(310)와 검출기(320) 사이의 광학적 경로를 차단하는 불투명 소자(예로서, 시준판(vane))(330)가 도시된다. 시준판(330)은 광학적 네비게이션 디바이스가 해당 표면(예로서, 투명한 층)과 접촉할 때 광학적 경로를 차단한다. 즉, 예로서 기계적 연동 장치는 투명한 층에 접촉함으로써 접촉 센서(210) 및 광학 적 네비게이션 디바이스(110)의 바디 내로 들어올려진다. 광학적 연동 장치가 시준판(330)에 연결되어 있기 때문에, 시준판 또한 들어올려지며 그에 따라 전송기(310)와 검출기(320) 사이의 광학적 경로를 차단한다. 이러한 위치에서, 광학적 네비게이션 디바이스가 반사면을 가로질러 계속 추적해야 함을 나타내는 인에이블 신호(an enable signal)가 발생될 수 있다.
도 3b에 도시된 바와 같이, 접촉 센서(210)는 도 1의 광학적 네비게이션 디바이스(110)에 스케이팅 기능을 제공하도록 광학적 네비게이션 디바이스가 해당 표면(예로서, 투명한 층(150))에 접촉하지 않는 시점을 나타낸다. 예를 들어, 광학적 연동 장치(230)의 일부 또는 전부가 바닥면(220)을 넘어 연장되도록 광학적 네비게이션 디바이스(110)의 바디의 외부로 기계적 연동 장치(230)가 돌출하면 광학적 네비게이션 디바이스(110)가 해당 표면(투명한 층)과 접촉하지 않는다는 것을 나타낸다. 즉, 기계적 연동 장치(230) 상에서 광학적 네비게이션 디바이스(110)의 바디 내로 가해지는 상방향 힘이 없으면, 기계적 연동 장치는 광학적 네비게이션 디바이스의 바닥면(220)을 넘어 연장된다. 이러한 위치에서, 광학적 네비게이션 디바이스가 종전의 게비게이션 데이터 출력을 계속 유지해야 하고 디스에이블 신호가 존재하는 한 새로운 네비게이션 데이터를 발생시켜서는 안 됨을 나타내는 디스에이블 신호가 발생된다.
도 3b에서, 시준판(330)은 전송기(310)와 검출기(320) 사이의 광학적 경로(350)를 차단하지 않는다. 즉, 시준판(330)은 광학적 네비게이션 디바이스가 해당 표면(예로서, 투명한 층)에 접촉하지 않을 때 광학적 경로(350)를 차단하지 않 는다. 보다 구체적으로, 예로서 광학적 연동 장치는 광학적 네비게이션 디바이스(110)의 바닥면(220)을 넘어 아래 방향의 외부로 나가게 된다. 기계적 연동 장치는 시준판(330)에 연결되어 있기 때문에, 시준판 또한 아래로 내려가게 되고 그에 따라 전송기(310)와 검출기(320) 사이의 광학적 경로를 개방한다.
이와는 달리, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 해당 표면으로부터 광학적 네비게이션 디바이스를 이격하는 것은 광학적 센서(210) 내의 두 전극 간 전기 용량의 변화로 검출된다. 즉, 광학적 센서는 제 1 전극 및 제 2 전극을 포함하는 전기 용량 스위치를 포함한다. 도 3a 및 도 3b는 제 1 전극(310) 및 제 2 전극(320)이 포함된 전기 용량 스위치를 도시하도록 사용된다. 전기 용량 센서는 두 전극(310, 320) 사이의 전기 용량을 측정한다. 전기 용량 센서는 시준판(330)의 영향에 따른 전기 용량 값의 차를 측정할 것이다. 이러한, 전기 용량 센서는 제 1 전극과 제 2 전극 간의 전기 용량의 변화가 발생하는 시점을 결정할 수 있다. 변화의 유형에 따라, 측정된 전기 용량 값에 기초하여, 전기 용량 센서는 예로서, 광학적 네비게이션 디바이스가 투명한 층에 접촉하는 시점과, 광학적 네비게이션 디바이스가 더이상 투명한 층에 접촉하지 않는 시점을 결정할 수 있다.
또 다른 실시예에서, 광학적 네비게이션 디바이스(110)는 해당 표면(예로서, 투명한 층)에 접촉했는지, 또는 해당 표면에 접촉하지 않았는지를 나타내는 기계적 스위치를 포함한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 투명한 층을 통해 광학적 네비게이션 디바이스에 의한 네비게이션 정보를 발생시키는 방법이 구현된 컴퓨터 내에서의 단계 를 도시한 순서도(400)이다. 본 실시예는 반사면을 광학적 네비게이션 디바이스로부터 분리시키는 매개인 광학적으로 투명한 표면 상에 연속적인 추적 및 스케이팅 기능을 제공하도록 보조의 접촉 또는 근접한 센서와 함께 보다 긴 피사계 심도를 사용하는 광학적 네비게이션 디바이스를 포함할 수 있다.
단계(410)에서, 본 실시예는 광에 대해 광학적으로 투명한 층을 통과한 광과 반사면을 도시한다. 보다 구체적으로, 광원(예로서, LED 또는 레이저)은 투명한 층을 통과하여 반사면에서 반사되는 광을 방사한다. 이와 같은, 광학적 네비게이션 디바이스는 광학적 네비게이션 디바이스에 관한 피사계 심도가 반사된 광을 수신하는 센서에 대해 원하는 범위의 반사면 위치를 수용하도록 구성된다. 일 실시예에서, 광학적 네비게이션 디바이스의 조리개는 반사면에서 반사된 광이 센서에 도달할 수 있도록 구성된다. 다른 실시예에서, 렌즈들은 반사면을 포함하는 올바른 범위의 위치로부터 반사광을 포커싱하도록 구성된다.
단계(420)에서, 본 실시예는 반사면에서 반사하는 광을 검출한다. 광은 이미징 센서에서 검출된다. 이러한, 반사면의 연속적인 이미지들은 광학적 네비게이션 디바이스가 제 2의, 투명한 층을 가로질러 움직임함으로써 발생될 수 있다.
단계(430)에서, 본 실시예는 반사면에 대한 광학적 네비게이션 디바이스의 움직임을 추적함으로써 반사면에서 반사된 광에 응답하여 네비게이션 정보를 발생할 수 있다. 보다 구체적으로, 본 실시예의 이미징 센서는 상응하는 광학적 네비게이션 디바이스의 움직임을 나타내도록 연속적인 프레임들 간의 공통적인 텍스추얼(textual) 특성을 구분할 수 있으며 특성들 간의 거리를 계산할 수 있다.
단계(440)에서, 본 실시예는 광학적 네비게이션 디바이스가 아래에 놓인 표면 상에서 스케이팅하도록 할 수 있다. 예를 들어, 본 실시예는 광학적 네비게이션 디바이스가 투명한 층으로부터 이격된 시점을 검출할 수 있으며, 그에 따라, 광학적 네비게이션 디바이스의 연속적인 추적 움직임은 할 수 없다. 즉, 스케이팅 기능이 가능해진다.
일 실시예에서, 광학적 네비게이션 디바이스의 제 1 전극과 제 2 전극 사이의 전기 용량의 변화는 광학적 네비게이션 디바이스가 해당 표면으로부터 이격되었다는 것을 나타낸다. 이러한 경우, 광학적 네비게이션 디바이스가 해당 표면(예로서, 투명한 층)에 접촉할 때 전기 용량은 하나의 상수값을 갖지만, 디바이스가 이격되었을 때 전기 용량은 새로운 값 또는 값의 범위로 변화한다.
이에 대응하여, 본 실시예는 또한 광학적 네비게이션 디바이스가 투명한 층에 접촉할 때 검출할 수 있으며, 그에 따라 반사면에 대한 광학적 네비게이션 디바이스의 연속적인 추적을 가능케 한다.
따라서, 본 발명의 실시예들은 보다 깊은 피사체 심도와, 유리와 같은, 매끈하고 투명한 재료의 층에 의해 광학적 네비게이션 디바이스로부터 분리된 반사면 상에서의 연속적인 추적 및 스케이팅 기능을 허용하는 접촉 센서를 갖는 광학적 네비게이션 디바이스를 제공한다.
실시예의 방법들이 단계들의 특정한 순서 및 양을 도시하는 순서도(400)로 도시되었지만, 본 발명은 다른 실시예들에 대해서도 적합하다. 예로서, 방법들에 제공된 모든 단계들이 본 발명에서 요구되는 것은 아니다. 또한, 추가적인 단계들 이 본 실시예에서 제공된 단계들에 추가될 수 있다. 이처럼, 단계들의 순서는 응용에 따라 변경될 수 있다.
스케이팅 기능을 사용하여 투명한 층을 통해 네비게이션 정보를 발생하도록 구성된 광학적 네비게이션 디바이스 시스템 및 방법이 이에 따라 기술되었다. 본 발명이 특정한 실시예의 수단에 의해 도시 및 기술되었지만, 첨부된 특허청구범위 및 그 균등물에 의해 정의된 본 발명의 사상 및 범위로부터 벗어나지 않는 범위 내에서의 다양한 변화 및 변경들이 가능하다는 것을 이해할 것이다. 또한, 본 발명이 특정한 실시예들을 기술했지만, 본 발명은 이러한 실시예들에 의해 제한되도록 해석되어서는 안되며, 후술될 특허청구범위에 따라 해석되어야 한다.
본 발명은 보다 깊은 피사체 심도와, 유리와 같은, 매끈하고 투명한 재료의 층에 의해 광학적 네비게이션 디바이스로부터 분리된 반사면 상에서의 연속적인 추적 및 스케이팅 기능을 허용하는 접촉 센서를 갖는 광학적 네비게이션 디바이스를 제공한다.

Claims (20)

  1. 광학적 네비게이션 디바이스로서,
    자신에 대해 광학적으로 투명한 층을 통해 반사면을 조명하도록 구성된 광원과,
    상기 반사면에서 반사하는 상기 광원으로부터의 광에 응답하여 네비게이션 정보를 발생시키도록 구성된 센서- 상기 센서는 상기 센서와 상기 반사면 사이의 거리를 수용하는 피사계 심도(a depth of field)를 갖도록 구성됨 -와,
    상기 광학적 네비게이션 디바이스에 대해 스케이팅 기능(skating functionality)을 제공하도록 상기 광학적 네비게이션 디바이스가 상기 층에 더이상 접촉하지 않는 시점을 나타내는 접촉 센서를 포함하는
    광학적 네비게이션 디바이스.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 광원은 유리를 포함하는 상기 층에 대해 투과성을 갖도록 구성된
    광학적 네비게이션 디바이스.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 광원은 레이저를 포함하는
    광학적 네비게이션 디바이스.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 광원은 VCSEL을 포함하는
    광학적 네비게이션 디바이스.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 센서는 CMOS 이미저를 포함하는
    광학적 네비게이션 디바이스.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 접촉 센서가,
    광학적 신호를 전송하는 광학적 전송기와,
    광학적 경로를 통해 상기 광학적 신호를 수신하는 광학적 검출기와,
    상기 광학적 네비게이션 디바이스가 상기 층에 접촉할 때에만 광학적 경로를 차단하는 시준판(a vane)을 포함하는
    광학적 네비게이션 디바이스.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 접촉 센서는 기계적 스위치를 포함하는
    광학적 네비게이션 디바이스.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 접촉 센서는 전기 용량 스위치를 포함하되,
    상기 전기 용량 스위치는
    제 1 전극과,
    제 2 전극과,
    상기 광학적 네비게이션 디바이스가 상기 층에 더이상 접촉하지 않을 때 나타나는 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 사이의 전기 용량의 차를 결정하는 전기 용량 센서를 포함하는
    광학적 네비게이션 디바이스.
  9. 광학적 네비게이션 디바이스로서,
    광원에 대해 광학적으로 투명한 층을 통해 반사면을 조명하는 수단과,
    상기 반사면에서 반사되는 광을 검출하는 수단과,
    상기 반사면에 대한 상기 상기 광학적 네비게이션 디바이스의 움직임을 추적함으로써 상기 반사면에서 반사된 상기 광에 응답하는 네비게이션 정보를 발생시키는 수단과,
    상기 광학적 네비게이션 디바이스가 상기 층으로부터 이격되었을 때 상기 광학적 네비게이션 디바이스를 상기 반사면에 대해 스케이팅하는 수단을 포함하는
    광학적 네비게이션 디바이스.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 반사면을 조명하는 수단은 레이저를 포함하는
    광학적 네비게이션 디바이스.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 스케이팅하는 수단은
    상기 광학적 네비게이션 디바이스가 상기 층으로부터 이격된 시점을 검출하는 수단과,
    상기 광학적 네비게이션 디바이스가 상기 층으로부터 이격되었을 때 상기 광 학적 네비게이션 디바이스의 움직임을 추적하는 것을 불가능하게 하는 수단을 더 포함하는
    광학적 네비게이션 디바이스.
  12. 제 9 항에 있어서,
    상기 스케이팅하는 수단은
    상기 광학적 네비게이션 디바이스가 상기 층에 접촉 중인 때를 검출하고,
    상기 광학적 네비게이션 디바이스가 상기 층에 접촉할 때 상기 광학적 네비게이션 디바이스의 추적을 가능케하는 것을 더 포함하는
    광학적 네비게이션 디바이스.
  13. 제 9 항에 있어서,
    상기 광학적 네비게이션 디바이스에 관한 피사계 심도가 상기 반사면과 상기 반사된 광을 수신하는 센서 간의 원하는 범위의 거리를 수용하도록 구성하는 수단을 더 포함하는
    광학적 네비게이션 디바이스.
  14. 제 9 항에 있어서,
    상기 반사면에서 반사된 상기 광이 상기 반사된 광을 수신하는 센서에 도달할 수 있도록 상기 광학적 네비게이션 디바이스의 조리개(aperture)를 구성하는 수단을 더 포함하는
    광학적 네비게이션 디바이스.
  15. 광학적 네비게이션 디바이스의 투명한 층을 통과하는 네비게이션 정보의 발생 방법으로서,
    광에 대해 투과성이 있는 층을 통해 상기 광을 사용하여 반사면을 조명하는 단계와,
    상기 반사면에서 반사되는 상기 광을 검출하는 단계와,
    상기 반사면에 대한 상기 광학적 네비게이션 디바이스의 움직임을 추적함으로써 상기 반사면에서 반사된 광에 응답하여 네비게이션 정보를 발생시키는 단계와,
    상기 광학적 네비게이션 디바이스가 상기 층으로부터 이격되었을 때 상기 반사면에 대해 상기 광학적 네비게이션 디바이스를 스케이팅하는 단계를 포함하는
    네비게이션 정보 발생 방법.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 반사면과 상기 반사된 광을 수신하는 센서 간의 원하는 범위의 거리를 수용하도록 상기 광학적 네비게이션 디바이스에 관한 피사계 심도를 구성하는 단계를 더 포함하는
    네비게이션 정보 발생 방법.
  17. 제 15 항에 있어서,
    상기 반사면에서 반사된 상기 광이 상기 반사된 광을 수신하는 센서에 도달할 수 있도록 상기 광학적 네비게이션 디바이스의 조리개를 구성하는 단계를 더 포함하는
    네비게이션 정보 발생 방법.
  18. 제 15 항에 있어서,
    상기 광학적 네비게이션 디바이스를 스케이팅하는 단계는,
    상기 광학적 네비게이션 디바이스가 상기 층으로부터 이격된 시점을 검출하는 단계와,
    상기 광학적 네비게이션 디바이스가 상기 층으로부터 이격되었을 때 상기 광 학적 네비게이션 디바이스 움직임의 추적을 불가능하게 하는 단계를 더 포함하는
    네비게이션 정보 발생 방법.
  19. 제 15 항에 있어서,
    상기 광학적 네비게이션 디바이스를 스케이팅하는 단계는,
    상기 광학적 네비게이션 디바이스가 상기 층에 접촉 중인 때를 검출하는 단계와,
    상기 광학적 네비게이션 디바이스가 상기 층에 접촉할 때 상기 광학적 네비게이션 디바이스의 추적을 가능케하는 단계를 더 포함하는
    네비게이션 정보 발생 방법.
  20. 제 18 항에 있어서,
    상기 광학적 네비게이션 디바이스가 이격된 시점을 검출하는 단계는,
    제 1 및 제 2 전극 사이의 전기 용량의 변화를 결정하는 단계를 더 포함하되,
    상기 광학적 네비게이션 디바이스가 상기 층에 접촉 중일 때 상기 전기 용량이 일정한
    네비게이션 정보 발생 방법.
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