KR20070100941A - A relative movement sensor with enclosed housing - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 광 입력 장치용 상대 이동 센서에 관한 것으로, 이 상대 이동 센서에서는, 측정 레이저 빔으로 피사체 표면을 조사하고, 그 피사체 표면에서 반사되는 측정 빔 방사선 중 선택된 부분을 측정 축을 따르는 이동을 나타내는 전기 신호로 변환함으로써, 적어도 하나의 측정 축을 따르는 서로 상대적인 광 입력 장치와 피사체의 이동이 측정된다.The present invention relates to a relative motion sensor for an optical input device, wherein the relative motion sensor is configured to irradiate a surface of a subject with a measuring laser beam, and to indicate movement along a measurement axis of a selected portion of measurement beam radiation reflected from the subject surface By converting to a signal, the movement of the light input device and the subject relative to each other along at least one measurement axis is measured.
이와 같은 상대 이동 센서를 포함하는 광 입력 장치가 유럽 특허 출원 EP-A-0942285호에 개시되어 있다. 이 광 입력 장치로는, 예를 들어, 표시 메뉴의 펑션을 선택하기 위해 컴퓨터 디스플레이 또는 모니터 상에서 커서를 이동시키는 컴퓨터 구성에 사용되는 광 마우스가 있다. 이와 같은 광 마우스는, 예를 들어, 종래 기계식 마우스에서와 같이 마우스 패드 상에서 이동된다.An optical input device comprising such a relative motion sensor is disclosed in European Patent Application EP-A-0942285. This optical input device is, for example, an optical mouse used in a computer configuration for moving a cursor on a computer display or monitor to select a function of a display menu. Such an optical mouse is moved on a mouse pad, for example as in a conventional mechanical mouse.
당업계에는 이러한 타입의 입력 장치로 사용되는 많은 서로 다른 타입의 광 측정 모듈들이 공지되어 있다. 예를 들어, EP-A-0942285호는 호모다인 검출 또는 헤테로다인 검출을 행하는 광 측정 모듈의 다양한 실시예를 개시하고 있다.Many different types of optical measurement modules are known in the art for use with this type of input device. For example, EP-A-0942285 discloses various embodiments of an optical measuring module that performs homodyne detection or heterodyne detection.
채용되어 있는 광 측정 모듈의 타입에 무관하게, 시판되고 있는 광 입력 장 치에서는 광이 광원으로부터 테이블, 마우스 매트 등의 기타 표면으로 진행하여, 검출기로 다시 되돌아올 수 있게 하기 위해 베이스 플레이트에 개구를 형성할 필요가 있다. Irrespective of the type of optical measurement module employed, commercially available light input devices have apertures in the base plate to allow light to travel from the light source to other surfaces such as tables, mouse mats, etc. and back to the detector. Need to be formed.
도면 중 도 1을 참조하면, 전형적인 광 마우스(10)는 광 측정 모듈(14)이 그 내부에 수납되는 하우징(12)을 포함한다. 광 마우스(10)에는 또한 광 마우스(10)가 표면(2) 상에서 활주할 수 있도록 해주는 복수의 스페이서(18)를 갖는 베이스 플레이트(16)가 제공된다. 베이스 플레이트(16)에는 광이 광 측정 모듈(14)로부터 표면(20)으로 진행하여, (광 측정 모듈(14) 내의) 검출기로 되돌아올 수 있게 해주는 개구(22)가 형성된다.Referring to FIG. 1 of the drawings, a typical
베이스 플레이트(16)에 있는 개구(22)의 단점은 하우징(12) 내에서 전기회로(14)의 정전 방전(ESD) 차폐가 곤란하다는 점이다.A disadvantage of the opening 22 in the
정전 방전(ESD)은 접촉시 다른 표면으로 갑작스레 전달되는 일 표면 상의 전하의 축적에 기인하는 것이다. 이러한 방전은 통상적으로 수 천 볼트이고, 광 측정 모듈(14)의 구성요소들은 ESD에 특히 민감하다. ESD에 대처하는 방법들 중 하나로는 ESD를 흘려 보내어 ESD가 손상을 일으키지 못하게 하는 것으로, 이를 위해, 도 1의 광 마우스(10)의 경우는, 베이스 플레이트(16)에 특수 삽입 형태로 ESD 차폐 플레이트(24)가 설치된다. 이로 인해, 베이스 플레이트가 보다 복잡하게 되어 고비용으로 된다.Electrostatic discharge (ESD) is due to the accumulation of charge on one surface that is suddenly transferred to another surface upon contact. This discharge is typically several thousand volts, and the components of the
본 출원인은 전술한 문제점을 극복하는 개선된 구성을 발명하였고, 본 발명의 목적은 ESD 차폐 플레이트를 필요로 하지 않는 광 입력 장치를 제공하는 것이 다.Applicant has invented an improved configuration that overcomes the above-mentioned problems, and an object of the present invention is to provide an optical input device that does not require an ESD shield plate.
본 발명에 따르면, 표면에 대한 광 입력 장치의 이동을 측정하기 위한 상대 이동 센서를 포함하는 광 입력 장치가 제공되는데, 이 광 입력 장치는 내부에 광 측정 모듈이 제공되는 인클로저를 획정하는 하우징을 포함하고, 상기 광 측정 모듈은 측정 빔을 생성하기 위한 것으로 레이저 캐비티를 갖는 적어도 하나의 레이저를 포함하고, 상기 하우징은 적어도 그 일부가 상기 측정 빔에 대해 투과성이 있는 재료를 함유하며 이 일부를 통해 상기 표면이 상기 측정 빔에 의해 조사되는 베이스를 포함하며, 상기 표면에 의해 반사되는 측정 빔 방사선 중 적어도 일부는 상기 레이저 캐비티에 재입사되고, 상기 광 측정 모듈은, 상기 레이저 캐비티에 재입사되는 반사된 측정 빔 방사선 및 상기 레이저 캐비티 내의 광파의 간섭에 의해 초래되는 상기 레이저 캐비티의 동작에서의 변화를 측정하기 위한 측정 수단, 및 상기 표면에 대한 상기 광 입력 장치의 이동을 판정하는데 사용하기 위해 상기 변화를 나타내는 전기 신호를 공급하기 위한 수단을 더 포함한다.According to the present invention, there is provided an optical input device comprising a relative movement sensor for measuring movement of an optical input device relative to a surface, the optical input device comprising a housing defining an enclosure in which an optical measurement module is provided. And the optical measuring module comprises at least one laser having a laser cavity for generating a measuring beam, the housing containing at least a portion of a material that is transparent to the measuring beam and through which the A surface comprising a base irradiated by the measuring beam, at least some of the measuring beam radiation reflected by the surface is reincident to the laser cavity, and the optical measurement module is reflected back to the laser cavity The laser cavity caused by interference of measurement beam radiation and light waves in the laser cavity Operating the measuring means for measuring a change in the, and further includes a means for supplying an electric signal indicative of the difference for use in determining the movement of said light source device to said surface.
이와 같이, 광 측정 모듈은 광 측정 빔을 사용하기 때문에, 측정 빔이 표면을 조사하도록 하고 반사된 측정 빔 방사선이 검출기로 복귀하도록 하기 위해서, 하우징의 베이스에 개구를 형성할 필요가 없다. 이에 의해, ESD 차폐 플레이트를 설치할 필요가 없고, 또한 광 입력 장치를 분명한 이점을 갖는 액밀 구조로 제조할 수 있다.As such, since the optical measuring module uses the optical measuring beam, it is not necessary to form an opening in the base of the housing in order to allow the measuring beam to irradiate the surface and to return the reflected measuring beam radiation to the detector. Thereby, there is no need to provide an ESD shielding plate, and the optical input device can be manufactured in a liquid tight structure having obvious advantages.
일 실시예에서, 베이스는 투과성 윈도우를 포함하여도 되고, 아니면 투과성 윈도우와 일체로 형성되거나 또는 그 내에 탑재되어도 된다. 대안적으로, 베이스 는 실제로 측정 빔에 대해 투과성이 있는 재료로 형성되어도 되며, 그러한 구성은 장치의 부품 점수를 줄이는 부가적인 이점이 있다.In one embodiment, the base may comprise a transmissive window or may be integrally formed with or mounted in the transmissive window. Alternatively, the base may actually be formed of a material that is transparent to the measurement beam, and such a configuration has the added advantage of reducing the part score of the device.
바람직하게, 하우징의 베이스는, 사용시, 투과성 재료가 상기 표면에 대해 이격되도록 배치 및 구성된다. 제1 실시예에서는, 하나 이상의 스페이서 또는 글라이더가 제공되며, 이에 의해 장치가 표면 상에서 활주하기가 보다 용이할 뿐만 아니라, 장치의 베이스를 표면에 대해 이격되도록 유지할 수 있다. 대안적으로는, 이러한 투과성 부분이 적어도 부분적으로 예를 들어 곡면 처리되거나 또는 면을 갖는 등의 비평면 구조이며, 이러한 경우 스페이서는 필요하지 않게 된다.Preferably, the base of the housing is arranged and configured such that, in use, the permeable material is spaced apart from the surface. In the first embodiment, one or more spacers or gliders are provided, which makes it easier to slide the device on the surface, as well as keep the base of the device spaced apart from the surface. Alternatively, such permeable portions are at least partially non-planar structures, for example curved or faced, in which case no spacer is required.
인클로저는 유리하게는 사실상 액밀 구조이다.The enclosure is advantageously substantially liquid tight.
실제로, 본 발명은 전술한 바와 같은 광 입력 장치의 하우징에까지 확대되는 것으로, 이 하우징은 상부 쉘과 베이스 플레이트를 포함하고, 이 상부 쉘과 베이스 플레이트는 서로 연결 가능하여 인클로저를 형성하며, 이 인클로저는 유리하게는 사실상 액밀 구조이다.Indeed, the present invention extends to a housing of an optical input device as described above, wherein the housing comprises an upper shell and a base plate, which can be connected to each other to form an enclosure, the enclosure being Advantageously it is in fact a liquid tight structure.
본 발명은 또한 표면에 대한 광 입력 장치의 이동을 측정하기 위한 상대 이동 센서를 포함하는 광 입력 장치를 제조하는 방법에까지 확장되는데, 이 방법은, 인클로저를 획정하는 하우징 내에 광 측정 모듈을 제공하는 단계를 포함하고, 상기 광 측정 모듈은 측정 빔을 생성하기 위한 것으로 레이저 캐비티를 갖는 적어도 하나의 레이저를 포함하고, 상기 하우징은 적어도 그 일부가 상기 측정 빔에 대해 투과성이 있는 재료로 이루어지는 베이스를 포함하며, 상기 광 측정 모듈은, 상기 투과성 부분을 통해 상기 광 측정 빔에 의해 상기 표면이 조사되고, 상기 표면에 의 해 반사되는 측정 빔 방사선 중 적어도 일부가 상기 레이저 캐비티에 재입사되도록 배치되며, 상기 광 측정 모듈은, The invention also extends to a method of manufacturing an optical input device comprising a relative movement sensor for measuring the movement of the optical input device relative to a surface, the method comprising the steps of: providing an optical measurement module in a housing defining an enclosure; Wherein the optical measurement module comprises at least one laser having a laser cavity for generating a measurement beam, the housing including a base at least a portion of which is transparent to the measurement beam; And the optical measuring module is arranged such that the surface is irradiated by the optical measuring beam through the transmissive portion and at least some of the measuring beam radiation reflected by the surface is reincident to the laser cavity, the optical Measurement module,
상기 레이저 캐비티에 재입사되는 반사된 측정 빔 방사선 및 상기 레이저 캐비티 내의 광파의 간섭에 의해 초래되는 상기 레이저 캐비티의 동작에서의 변화를 측정하기 위한 측정 수단, 및 상기 표면에 대한 상기 장치의 이동을 판정하는데 사용하기 위해 상기 변화를 나타내는 전기 신호를 공급하기 위한 수단을 더 포함한다.Measuring means for measuring a change in the operation of the laser cavity caused by interference of reflected measurement beam radiation reentering the laser cavity and light waves in the laser cavity, and determining the movement of the device relative to the surface Means for supplying an electrical signal indicative of said change for use.
본 발명의 이들 양상을 비롯한 기타 양상들은 본 명세서에 개시되는 실시예들을 참조하면 자명하게 될 것이다.Other aspects, including these aspects of the present invention, will become apparent with reference to the embodiments disclosed herein.
도 1은 종래 기술에 따른 광 입력 장치의 개략 단면도이다.1 is a schematic cross-sectional view of an optical input device according to the prior art.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 광 입력 장치의 개략 단면도이다.2 is a schematic cross-sectional view of an optical input device according to a first embodiment of the present invention.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 광 입력 장치의 개략 단면도이다.3 is a schematic cross-sectional view of an optical input device according to a second embodiment of the present invention.
도면 중 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 광 입력 장치(110)는 하우징(112)과 베이스 플레이트(116)를 포함하고, 이들은 광 측정 모듈(114)이 그 내부에 수용되는 인클로저(123)를 획정한다.Referring to FIG. 2 of the drawings, the
표면(120)에 대한 입력 장치(110)의 상관 이동을 측정하기 위해 광 측정 모듈(114)을 채택하는 방법에서는 소위 다이오드 레이저에서의 자기 혼합 효과를 사용한다. 이는 다이오드 레이저에 의해 방출되고 그 다이오드 레이저의 캐비티로 재입사하는 방사선에 의해, 레이저의 이득에 변동을 유도하고, 이에 따라 레이저에 의해 방출되는 방사선에 변동 유도하는 현상이다. 입력 장치(110)는 이동의 방향이 레이저 빔의 방향에서의 일 성분을 갖도록 표면(120)에 상대하여 이동된다. 표면(120)에 대한 입력 장치(110)의 이동시, 표면(120)에 의해 산란되는 방사선은 도플러 효과로 인해 피사체를 조사하는 방사선의 주파수와는 다른 주파수를 얻게 된다. 산란광의 일부는 조사 빔을 피사체 상에 집광하는 동일한 렌즈에 의해 다이오드 레이저 상에 집광된다. 산란 방사선 중 일부는 레이저 미러를 통해 레이저 캐비티에 입사되므로, 레이저에 광의 간섭이 발생한다. 이에 의해, 레이저 및 방출된 방사선의 특성에 기본적인 변화가 일어난다. 자기 상호작용 효과에 기인하여 변화하는 파라미터는 레이저 방사선의 파워, 주파수 및 선 폭과 레이저 임계 이득이다. 레이저 캐비티에서의 간섭으로 인해, 이들 파라미터의 값들이 2개의 방사선 주파수의 차분과 동일한 주파수로 변동한다. 이러한 차분은 피사체의 성분 속도에 비례한다. 그 때문에, 피사체의 속도 및 시간 적분에 의한, 피사체의 변위는 상기 파라미터들 중 하나의 값을 측정함으로써 결정될 수 있다. 이러한 방법은 국제 특허 출원 공보 WO02/037410호에 개시되어 있다.The method of employing the
따라서, 도면 중 도 2를 다시 참조하면, 광 측정 모듈(114)은, VCSEL 타입이어도 되는 다이오드 레이저에 대한 캐리어와, 예를 들어 포토 다이오드인 검출기를 제공한다. 도 2에서는, 하나의 다이오드 레이저와 이에 대응하는 다이오드를 포함하는 단일 집적 웨이퍼(3)가 도시되어 있지만, 실제로는, 하나 이상의 추가 레이저 및 관련 검출기들이 설치되어도 된다. 다이오드 레이저(3)는 레이저 또는 측정 빔(13)을 방사하는데, 이는 예를 들어 가시 광 또는 적외 광이어도 되고, 측정 빔(13)은 표면(120)에 도달하여야 한다. 그러나, 베이스 플레이트(116)에 개구가 형성될 필요는 없다. 그 대신, 베이스 플레이트(116)에는 측정 빔(13)을 생성하는데 사용되는 레이저 광에 대해 투과성이 있는 소 영역(124)이 형성된다. 레이저 광은 스펙트럼 대역폭이 작기 때문에, 소 영역 또는 윈도우(124)는 그러한 작은 스펙트럼 대역폭에 대해 투과성이 있기만 하면 되고; 이는 다른 모든 파장에 대해서는 투과성이 없거나, 흡광성이 있거나 반사성이 있어도 된다. 이러한 영역(124)은 제한된 광학적 품질의 것이기만 하면 된다.Therefore, referring again to FIG. 2 of the drawings, the
이와 같이 하여, 측정 빔(13)이 표면(120)에 입사되고, 표면(120)은 빔(13)을 반사 및/또는 산란한다. 빔(13)의 일부는 조사 빔(13)의 방향으로 산란되고, 이러한 부분은 렌즈(도시하지 않음)에 의해 다이오드 레이저의 방출 표면 상에 수렴되어 이 레이저의 캐비티에 재입사된다. WO02/37410호에 설명되는 바와 같이, 캐비티로 복귀하는 방사선은 이 캐비티에서의 변화를 유도하게 되고, 이에 의해, 특히 다이오드 레이저에 의해 방출되는 레이저 방사선의 강도의 변화를 초래한다. 이러한 변화는 포토 다이오드에 의해 검출될 수 있는데, 이 포토 다이오드는 방사선 변화를 전기 신호로 변환하고, 이 전기 신호는 전기 회로(도시되지 않음)에 의해 처리되어, 표면(120)에 대한 측정 빔(13)의 상관 이동을 판정하고, 이에 의해, 표면(120)에 대한 입력 장치(110)의 변위를 판정하기 위해 사용된다.In this way,
도면 중 도 3을 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 광 입력 장치는 도면 중 도 2를 참조하여 설명된 실시예의 것과 대부분 유사하고, 동일한 구성요소는 동일한 참조부호로 표기된다. 그러나, 이 경우, 투과성 영역(124)은 곡면 처리되거나 면을 갖게 하는 등의 적어도 부분적으로 비평면의 형태를 취한다. 그 결과, 보다 우수한 광학 성능 및 보다 견고한 설계가 얻어지며, 도시된 실시예에서, 스페이서(118)(예를 들어, 테프론(등록상표)으로 형성됨)가 생략될 수 있다. 곡면 처리된 윈도우(124)는 특히 시스템의 광 파워에 기여할 수 있다. 레이저는 이러한 윈도우를 통해 윈도우가 평면인 경우에 비하여 수직에 보다 가깝게 진행할 수 있다. 그 결과, 윈도우(124)를 통한 광로가 보다 짧아지게 되며(즉, 흡광, 복굴절 등의 가능성의 적어지게 됨), 수차도 보다 적어지게 된다. 부가적으로, 표면과 장치의 바닥 사이의 거리가 멀어지게 되어, 윈도우 상의 스크래치 또는 먼지 등의 영향이 감소될 수 있다. 또한, 스크래치 발생의 가능성이 덜하다.Referring to FIG. 3 of the drawings, the optical input device according to the second embodiment of the present invention is mostly similar to that of the embodiment described with reference to FIG. 2 in the drawings, and the same components are denoted by the same reference numerals. In this case, however, the
당연한 것이지만, 스페이서 또는 글라이더(118)는 주로 장치가 작업 표면 상에서 보다 용이하게 활주할 수 있도록 제공된다. 그러나, 이러한 것이 필수적인 것은 아니다. 도시된 실시예에서, 글라이더(118)는, 특히 윈도우(124)가 평면인 경우, 투과성 윈도우(124)와 표면 사이에 약간의 공간을 제공하는 부가적인 목적을 달성한다. 그러나, 이것이 필수적인 것은 아니며; 그 대신 윈도우(124)는 도 3에 도시된 실시예에서와 같이 단지 베이스 플레이트 표면에 대하여 약간 내부에 탑재되거나, 곡면 처리되거나 또는 면을 갖게 할 수 있다.As a matter of course, the spacer or
또한, 도시된 실시예에서, 광 입력 장치는 투과성 윈도우(124)가 안에 제공되는 베이스 플레이트(116)를 포함한다. 그러나, 베이스 플레이트(116) 그 자체는 단지 측정 빔의 파장에 대해 투과성이 있는 재료로 이루어질 수 있는 것은 물론이 다. 이는 광 입력 장치에 대한 부품 점수가 감소된다는 이점을 제공한다.In addition, in the illustrated embodiment, the light input device includes a
본 발명은, 데스크톱 컴퓨터용 광 마우스, 데스크톱 또는 랩톱 컴퓨터의 키보드, 서로 다른 장치용 리모트 컨트롤, 이동 전화 등을 포함하는 광 입력 장치에 일반적으로 적용될 수 있으나, 본 발명이 이러한 것에 국한되는 것으로 의도된 것은 아니다.The invention is generally applicable to optical input devices including optical mice for desktop computers, keyboards of desktop or laptop computers, remote controls for different devices, mobile phones, and the like, although the invention is intended to be limited to these. It is not.
전술된 실시예들은 본 발명을 제한하는 것이 아니라는 점과, 당업자라면 첨부된 특허청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 범위를 일탈하지 않고도 다수의 대안적인 실시예를 설계할 수 있다는 점에 주목하길 바란다. 특허청구범위에서, 괄호 내의 참조 부호들은 해당 특허청구범위를 제한하는 것으로 해석해서는 안된다. "포함하는(comprisiong)" 및 "포함한다(comprises)" 등의 용어는 임의의 청구범위에 또는 명세서 전반에 열거된 구성요소 또는 단계 이외의 것을 배제하는 것이 아니다. 일 구성요소를 단일 참조하는 것은 이러한 구성요소 등이 복수 참조되는 것을 배제하는 것이 아니다. 본 발명은 몇몇 구별되는 구성요소를 포함하는 하드웨어에 의해 구현되어도 좋고, 적절히 프로그램된 컴퓨터에 의해 구현되어도 좋다. 몇몇 수단을 열거하는 장치 클레임에서, 이들 몇몇 수단은 하나의 동일 아이템의 하드웨어로 구현되어도 좋다. 특정 수단들이 서로 다른 종속 청구범위에서 언급된다는 단순한 사실이 이들 수단의 조합이 유용하게 사용될 수 없다는 점을 나타내는 것은 아니다.It should be noted that the above-described embodiments do not limit the present invention, and that those skilled in the art can design many alternative embodiments without departing from the scope of the present invention as defined by the appended claims. . In the claims, any reference signs placed between parentheses shall not be construed as limiting the claim. Terms such as "comprisiong" and "comprises" do not exclude anything except elements or steps listed in any claim or throughout the specification. Single reference to one component does not exclude the plural reference of these components and the like. The invention may be implemented by hardware comprising several distinct components or may be implemented by a suitably programmed computer. In the device claim enumerating several means, these several means may be implemented in hardware of one and the same item. The simple fact that certain means are mentioned in different dependent claims does not indicate that a combination of these means may not be usefully used.
Claims (10)
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