KR20100035611A - 사용자 입력 장치, 시스템, 및 사용자 입력 장치의 동작 방법 - Google Patents

사용자 입력 장치, 시스템, 및 사용자 입력 장치의 동작 방법 Download PDF

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KR20100035611A
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헝 광 리
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아바고 테크놀로지스 이씨비유 아이피 (싱가포르) 피티이 리미티드
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Abstract

본 발명은 광학 간섭을 이용하여 네비게이션 이미지를 생성하는 광학 네비게이션 장치에 관한 것이다. 광학 네비게이션 장치는 광학 요소, 광원, 센서 어레이, 네비게이션 엔진, 및 차광물을 포함한다. 광학 요소는 손가락 접촉면을 포함한다. 광원은 손가락 접촉면과 광학적으로 통신하여 손가락 접촉면에 광을 제공하는 레이저를 포함한다. 센서 어레이는 손가락과 손가락 접촉면간의 접촉에 응답하여 손가락 접촉면으로부터 반사된 광을 검출한다. 네비게이션 엔진은 센서 어레이에 연결되어 있다. 네비게이션 엔진은 센서 어레이에 대한 손가락의 횡 방향 움직임에 근거하여 횡 방향 움직임 정보를 생성한다. 차광물은 광학 요소와 센서 어레이 사이에 있다. 차광물은 센서 어레이와 선형적으로 정렬된 개구를 포함한다.

Description

사용자 입력 장치, 시스템, 및 사용자 입력 장치의 동작 방법{LENSLESS USER INPUT DEVICE WITH OPTICAL INTERFERENCE}
본 발명은 광학 네비게이션 장치에 관한 것이다.
광학 네비게이션 장치는, 광학 이미저(optical imager)가 모션 계산을 위해 디지털 이미지를 생성할 수 있도록, 네비게이션 표면을 조사하는데에 광원을 사용한다. 예를 들어, 광학 이미저는 표면 상의 손가락의 이미지를 생성하고, 후속 이미지의 비교 결과에 근거하여, 네비게이션 신호를 생성할 수 있다. 그러나, 종래의 네비게이션 장치의 크기가 축소됨에 따라, 광학 네비게이션 입력을 검출하기 위한 광학 요소 및 센서의 물리적인 공간도 역시 축소되고 있다.
예를 들어, 몇몇 종래의 광학 네비게이션 장치 패키지는 대략 2.5 mm의 두께, 즉 광학 높이를 갖는다. 광학 높이는 광학적인 손가락 접촉면으로부터 대응하는 센서까지의 거리를 지칭한다. 광학 높이는 또한 광학 트랙이라고도 한다. 2.5mm의 광학 높이, 즉 두께는 셀룰러 폰 및 소형 휴대 퍼스널 컴퓨터(PC) 주변 장치 등의 휴대 장치의 몇몇 구현에 있어서 너무 두꺼운 것으로 여겨진다.
광학 렌즈를 이용하여 광을 광학 손가락 접촉면으로부터 대응 센서로 향하게 하는 종래의 광학 네비게이션 장치에서, 광학 높이를 대략 2.5mm 아래로 축소시키는 것은 비현실적일 수 있다. 종래의 광학 네비게이션 장치의 광학 높이를 축소시키려는 시도에 있어서, 총 광학 높이를 낮추면 이미징 렌즈를 적절히 몰딩하는 것이 어렵게 된다. 또한, 이미징 렌즈의 정확도를 감소시키는 역효과가 있을 수 있다. 광학 네비게이션 장치에 대한 허용 오차가 매우 엄격하게 되고, 이러한 엄격한 허용 오차에 따라 이미징 렌즈를 설계 및 제조하면, 설계의 복잡성으로 인해 패키지의 비용을 상승시킨다.
사용자 입력 장치의 실시예가 설명된다. 일실시예에서, 사용자 입력 장치는 광학 요소, 광원, 센서 어레이, 네비게이션 엔진, 및 차광물(light shield)을 포함한다. 광학 요소는 손가락 접촉면(finger interface surface)을 포함한다. 광원은, 손가락 접촉면과 광학적으로 통신하여 손가락 접촉면에 광을 제공하는 레이저를 포함한다. 센서 어레이는 손가락과 손가락 접촉면 사이의 접촉에 응답하여 손가락 접촉면으로부터 반사된 광을 검출한다. 네비게이션 엔진은 센서 어레이에 연결되어 있다. 네비게이션 엔진은 센서 어레이에 대한 손가락의 횡 방향 움직임에 근거하여 횡 방향 움직임 정보를 생성한다. 차광물은 광학 요소와 센서 어레이 사 이에 있다. 차광물은 센서 어레이와 선형적으로 정렬된 개구를 포함한다.
다른 실시예에서, 사용자 입력 장치는 광학 요소, 광원, 센서 어레이, 및 차광물을 포함한다. 광학 요소는 광 파이프와 일체화된 손가락 접촉면을 포함한다. 손가락 접촉면과 광 파이프는 단일화된 구조를 형성한다. 광원은, 손가락 접촉면과 광학적으로 통신하여, 일체화된 광 파이프를 통해 손가락 접촉면에 광을 제공하는 레이저를 포함한다. 센서 어레이는 손가락과 손가락 접촉면 사이의 접촉에 응답하여 손가락 접촉면으로부터 반사된 광을 검출한다. 차광물은 광학 요소와 센서 어레이 사이에 있다. 차광물은 센서 어레이 및 손가락 접촉면과 선형적으로 정렬된 개구를 포함한다. 또한, 사용자 입력 장치의 다른 실시예가 설명된다.
또한, 방법의 실시예가 설명된다. 일실시예에서, 본 방법은 사용자 입력 장치를 작동시키는 방법이다. 본 방법은 레이저 광원에서 광을 생성하는 단계를 포함한다. 또한, 본 방법은 광 가이드(light guide)를 통해 광을 전달하여 손가락 접촉면을 조사하는 단계를 포함한다. 또한, 본 방법은 차광물 내의 개구를 관통하는 반사광을 센서 어레이에서 검출하는 단계를 포함한다. 반사광은 손가락 접촉면에서의 손가락에 응답하여 손가락 접촉면으로부터 유도된다. 또한, 본 방법은 반사광에 근거하여 네비게이션 신호를 생성하는 단계를 포함한다. 본 방법의 다른 실시예가 역시 설명된다.
본 발명의 실시예의 다른 측면 및 장점은, 첨부 도면과 결부시켜 본 발명의 이론을 예를 들어 예시한 다음의 상세한 설명으로부터 알게 될 것이다.
본 발명에 따르면, 광학 네비게이션 입력을 검출하기 위한 광학 요소 및 센서의 물리적인 공간을 용이하게 축소시킬 수 있다.
명세서 전반에서, 동일한 참조 번호는 유사한 구성 요소를 동일시하는데 사용될 수 있다.
도 1a는 사용자 입력 장치(100)의 일실시예에 대한 개략도이다. 사용자 입력 장치(100)는 광원(102), 손가락 접촉면(105)과 평면 반사면(106)을 구비한 광학 요소(104), 개구(110)를 구비한 차광물(108), 및 센서 어레이(112)를 포함한다. 도 1a에서, 사용자 입력 장치는 손가락이 접촉되지 않은 상태이며, 도 1b에서, 사용자 입력 장치는 손가락이 접촉된 상태이다.
도 1a 및 도 1b의 실시예에서, 사용자 입력 장치(100)의 광원(102)은 레이저 광을 광학 요소(104)로 향하게 하는 레이저이다. 예를 들어, 광원(102)은 빅셀(Vertical Cavity Surface Emitting Laser : VCSEL)(수직형 공동 표면 발광 레이저)이다. 간섭성(coherent) 광원의 다른 예가 사용자 입력 장치(100)에 구현될 수 있다.
사용자 입력 장치(100)의 광학 요소(104)는 예를 들어, 유리 또는 투과성 플라스틱 등의 광 투과성의 물질로 구성된다. 광학 요소(104)는 상부측 커버와 광 파이프가 결합된 단일 구조이다. 광학 요소(104)는 평면의 반사면(106)(예를 들 어, 내부 전반사(Total Internal Reflection : TIR)를 통해)에서 광을 반사하여, 손가락 접촉면(105)에서 손가락(도 1b를 참조)을 조사한다. 일부 실시예에서, 평면 반사면(106)은, 광원(102)으로부터의 광이 광학 요소(104)의 광 파이프 구조 내에서 반사를 용이하게 하도록, 폴리싱되어 있다. 또는, 광학 요소(104)의 평면 반사면(106)은 반사 물질로 코팅되어 있다. 광학 요소(104)에 도포될 수 있는 반사 코팅의 하나의 예로서는 은(silver)이 있다. 다른 실시예에서, 반사 물질을 광학 요소(104)에 확산시킴으로써 평면 반사면(106)을 형성한다.
손가락 접촉면(105)에 의해 손가락과 광학 요소(104)간의 접촉이 용이하게 된다. 일실시예에서, 손가락 접촉면(105)은 차광물(108)의 개구(110) 위쪽에 배열되어 있다. 손가락과 손가락 접촉면(105)이 접촉하면, 광은 적어도 부분적으로 센서 어레이(112)를 향해 반사된다(도 1b를 참조). 특히, 손가락과 손가락 접촉면이 접촉하면, 손가락 접촉면(105)에서의 TIR이 붕괴되고, 광은 차광물(108)의 개구(110)를 통해 센서 어레이(112)를 향해 반사된다. 몇몇 실시예에서, 광학 요소(104)는 환경적인 조건으로부터 센서 어레이를 분리시킨다. 환언하면, 광학 요소(104)는 센서 어레이를 주위 오염으로부터 보호할 것이다.
차광물(108)은 광학 요소(104)의 손가락 접촉면(105)에서 손가락으로부터 반사된 광의 광학 경로 내에 위치한다.
차광물(108)은 반사광의 경로 내에서 정렬되는 개구(110)를 정의한다. 몇몇 실시예에서, 개구(110)는 0.1mm 이하의 직경을 갖는다. 다른 실시예는 더 작은 또는 더 큰 개구(110)를 갖는다. 예를 들어, 개구(110)는 대략 0.09mm 내지 0.11mm 이다. 차광물의 다른 실시예는 직경이 다른 개구(110)를 정의한다. 또한, 몇몇 실시예는 개구(110)를 원 구조 이외의 형상으로 정의할 수 있다. 개구(110)의 크기 및/또는 형상은 광원(102)에 의해 생성된 레이저 광의 유형에 적어도 부분적으로 의존할 수 있다.
본 실시예에서, 개구(110)는 광학 요소(104)의 손가락 접촉면(105)으로부터 반사된 광과 선형으로 정렬되어 있다. 또한, 개구(110)는 센서 어레이(112)와 선형으로 정렬되어 있다. 일실시예에서, 광학 요소(104)는, 광학 요소(142)를 센서 어레이(112)와 정렬하기 위해, 차광물(108)에 장착되어 있다. 다른 실시예에서, 광학 요소(104)는 차광물(108)과 별개로 장착되어 있다. 센서 어레이(112)는 개구(110)의 축(113) 상에 중심이 위치한다. 반사광과 센서 어레이(112) 사이에 개구(110)를 정렬하면, 개구(100)는, 차광물(108)을 관통하여 센서 어레이(112)에 입사하는 광의 양을 제어할 수 있다.
손가락이 거친 표면이라는 사실로 인해, 손가락과 손가락 접촉면(105) 간의 접촉은 반사 레이저광을 산란시켜 여러 방향으로 전파시킨다. 반사광의 일부는 개구(110)를 관통하여(예를 들어, 축(113)의 방향으로), 센서 어레이(112)에 입사한다. 일실시예에서, 개구(110)는 센서 어레이(112) 상에 간섭 패턴을 생성한다.
센서 어레이(112)는, 광이 개구(110)를 관통하면, 광학 요소(104)로부터의 반사광을 검출한다. 일실시예에서, 센서 어레이(112)는 상보형 금속 산화물 반도체(CMOS) 부류의 이미지 센서를 포함한다. 다른 실시예는 다른 부류의 센서를 포함할 수 있다.
몇몇 실시예에서, 센서 어레이(112)는 광학 요소(104)에 대한 손가락의 움직임을 검출한다. 센서 어레이(112)는, 손가락이 센서 어레이(112)의 광학 이미지 범위 내에 있는 경우에, 센서 어레이(112)에 입사하는 광에 근거한 신호를 생성한다. 몇몇 실시예에서, 손가락과 광학 요소(104)가 물리적으로 접촉하지 않고, 손가락이 센서 어레이(112)의 광학 이미지 범위 내에 있을 수 있다.
몇몇 실시예에서, 센서 어레이(112)는 별개의 광 검출기(photodetector) 어레이(도시 생략)를 포함한다. 예를 들어, 센서 어레이(112)는 손가락 접촉면(105) 상의 조사 스폿으로부터 반사되는 광을 검출하도록 구성된 16×16 또는 32×32의 별개의 광 검출기 어레이를 포함할 수 있다. 센서 어레이(112)에서의 광 검출기 각각은 디지털 값(예를 들어, 8비트 디지털 값)으로서 출력되는 광 강도 정보를 생성한다. 다른 실시예는 디지털 값으로 변환될 수 있는 아날로그 값을 출력한다. 이미지 정보는 센서 어레이(112)에 의해 프레임 단위로 캡쳐되며, 여기서 이미지 정보의 프레임은 센서 어레이(112)에서의 개별 광 검출기의 모두에 대해 동시 캡쳐된 값의 세트를 포함한다. 이미지 프레임 캡쳐 비율 및 트래킹 해상도는 프로그램가능하다. 실시예에서, 이미지 프레임 캡쳐 비율은 인치 당 800 카운트(cpi)의 해상도로 초당 최대 2300 프레임까지이다. 프레임 캡쳐 비율과 해상도의 몇몇 예가 제공되지만, 다른 프레임 캡쳐 비율 및 해상도가 고려된다.
일실시예에서, 네비게이션 엔진(158)(도 5를 참조하여 후술)은 센서 어레이(112)로부터의 연속적인 이미지 프레임을 비교하여 프레임 간의 이미지 특징의 움직임을 판단한다. 특히, 네비게이션 엔진(158)은 센서 어레이(112)로부터의 연 속적인 이미지 프레임에 존재하는 공통의 특징을 상관시킴으로써 움직임을 판단한다. 이미지 프레임 간의 움직임, 즉 변화는 예를 들어, X 및 Y 방향에서의 움직임 벡터(예를 들어, △X 및 △Y)로 표현된다. 그 다음, 움직임 벡터는 손가락과 입력 장치 간의 상대적인 움직임을 판단하는 데에 사용된다. 네비게이션 센서 움직임 트래킹 기술의 예에 대한 보다 상세한 설명은 "NAVIGATION TECHNIQUE FOR DETECTING MOVEMENT OF NAVIGATION SENSORS RELATIVE TO AN OBJECT"의 미국 특허 제5,644,139호 및 "METHOD OF CORRELATING IMMEDIATELY ACQUIRED AND PREVIOUSLY STORED FEATURE INFORMATION FOR MOTION SENSING"의 미국 특허 제6,222,174호에 제공되어 있으며, 이들 특허는 본 명세서에 참고로서 포함되어 있다. 또한, 네비게이션 신호를 생성하는 것에 대한 상세한 설명은 도 5를 참조하여 이하에 제공된다.
센서 어레이(112)에 도달하는 산란광은 상이한 광학 위상의 광을 포함하며, 레이저광은 실질적으로 간섭성으로(coherently) 동작하기 때문에, 비교적 양호한 간섭 패턴이 센서 어레이(112) 상에 생성된다. 생성된 간섭 패턴은 손가락의 움직임 방향과 상관되고, 그 결과, 사용자 입력 장치(100)는 손가락 움직임에 대응하는 네비게이션 신호를 생성할 수 있다. 간섭 패턴은 소형의 개구와의 회절 효과에 의해 생성된다. 레이저광이 개구(110)를 관통하므로, 상대적으로 높은 간섭성의 레이저광에 대한 개구(110)의 효과에 의해 광학 요소(104)와 센서 어레이(112) 사이에는 광학 렌즈가 있을 필요가 없어진다. 광학 렌즈의 불필요로, 광학 요소(104)와 센서 어레이(112) 사이에 렌즈가 없기 때문에, 사용자 입력 장치(100)는 무렌즈로 된다(lensless). 결과적으로, 사용자 입력 장치(100)의 광학 트랙이 감소될 수 있다. 또한, 사용자 입력 장치(100)의 복잡성과 비용이 감소된다. 다른 실시예는 다른 장점을 가질 수 있다.
도 2는 사용자 입력 장치(120)의 다른 실시예를 도시하는 개략도이다. 도 1b 및 도 2에 사용되는 동일 번호는 도 1b의 사용자 입력 장치와 관련해서 상술한 구성 요소와 동일하거나 유사한 구성 요소를 나타낸다. 도 2에 예시된 사용자 입력 장치(120)는 광학 요소(104) 상에 비평면 반사면(122)을 포함한다. 비평면 반사면(122)은, 광학 요소(104) 내의 내부 전반사(TIR)를 용이하게 하기 위해, 광학적으로 폴리싱될 수 있다. 일실시예에서, 비평면 반사면(122)의 비표면 기하 구조는 광원(102)으로부터의 광에 대해 수렴 효과(converging effect)를 생성한다. 다른 실시예에서, 비평면 반사면(122)의 비평면 기하 구조는 광원(102)에 의해 생성된 광에 시준 효과(collimating effect)(도시 생략)를 생성한다. 비평면 반사면(122)은 광원(102)으로부터 광학 요소(104)로 향하는 광의 TIR을 더욱 용이하게 하는 광학 특성을 가질 수 있다. 예를 들어, 비평면 반사면(122)은 비평면의 표면(122)을 은 등의 반사 물질로 코팅함으로써 형성될 수 있다. 이와 달리, 비평면 반사면(122)은 반사 물질을 광학 요소(104)에 확산시킴으로써 형성될 수 있다.
도 3은 도 1b의 사용자 입력 장치(100)의 전개 사시도이다. 사용자 입력 장치(100)의 도시는 광원(102), 광학 요소(104), 개구(110)를 구비한 차광물(108), 및 센서 어레이(112)의 배향을 도시한다. 일실시예에서, 차광물(108)은 광학 요소(104)의 기하 구조에 맞는 상보적인 기하 구조를 가진다. 환언하면, 차광물(108) 및 광학 요소의 기하 구조는 차광물(108)에 대해 광학 요소(104)를 정렬 및/또는 장착하도록 배열될 수 있다.
몇몇 실시예에서, 사용자 입력 장치(100)는 광학 요소(104)와 차광물(108) 사이의 제 1 갭(114)을 포함한다. 제 1 갭(114)은 광학 요소(100)의 바닥측과 차광물(108)의 최상부 간의 거리이다. 제 2 갭(116)은 센서 어레이(112)와 차광물(108) 사이에 적어도 부분적으로 정의되어 있다. 제 2 갭(116)은 센서 어레이(112)의 최상부 표면과 차광물(108)의 최상부의 내측 바닥 표면 간의 거리이다.
사용자 입력 장치(100)의 몇몇 실시예에서, 사용자 입력 장치(100)의 전체 광학 트랙은 1.8mm 이하이다. 사용자 입력 장치(100)의 광학 트랙은 광학 요소(104)의 손가락 접촉면(105)으로부터 센서 어레이(112)까지의 거리이다. 다른 실시예에서, 사용자 입력 장치(100)의 광학 트랙은 대략 2.2mm 미만이다. 다른 실시예에서, 사용자 입력 장치(100)의 광학 트랙은 대략 1.5mm 미만이다. 다른 실시예에서, 사용자 입력 장치(100)의 광학 트랙은 대략 1mm 내지 2mm이다. 광학 트랙이 대략 1mm 내지 2mm인 사용자 입력 장치(100)에 있어, 개구(110)의 직경은 대략 0.1mm이다. 광학 트랙이 비교적 작으면, 휴대형 계산 장치, 셀룰러 폰, PDA, 퍼스널 뮤직 플레이어 등의 공간적으로 제약된 시스템에 사용자 입력 장치(100)를 용이하게 구현할 수 있다.
도 4는 도 1a 및 도 1b의 사용자 입력 장치(100) 또는 도 2의 사용자 입력 장치 등의 사용자 입력 장치를 작동시키는 방법(130)의 일실시예에 대한 블록도이다. 상기 방법(130)이 도 1a 및 도 1b의 사용자 입력 장치(100)와 결부시켜 설명되지만, 다른 유형의 사용자 입력 장치와 결부시켜 상기 방법(130)의 다른 실시예 를 구현할 수 있다.
블록(132)에서, 레이저 광원은 간섭성 광 등의 광을 생성한다. 블록(134)에서, 광학 요소(104)는 광학 요소(104)의 광 가이드 부분을 지나 광학 요소(104)의 최상부 커버로 광을 유도한다. 이로써, 상기 광은 광학 요소(104)의 손가락 접촉면(104)을 조사한다. 손가락 접촉면(104)에 손가락 또는 다른 물체를 조사하면, 손가락 접촉면(104)으로부터 센서 어레이(112)를 향해 광이 반사된다. 블록(136)에서, 센서 어레이(112)는 차광물(108) 내의 개구(110)를 관통하는 반사광을 검출한다. 상술한 바와 같이, 차광물(108) 내의 개구(110)는 반사광의 적어도 일부를 차단하는 기능을 하고, 이로써 센서 어레이(112)에 의해 얻은 최종 이미지의 품질을 향상시킨다. 블록(138)에서, 사용자 입력 장치(100)는 반사광에 근거하여, 보다 상세하게, 센서 어레이(112)에서 감지된 반사광으로부터 얻은 이미지에 근거하여 네비게이션 신호를 생성한다.
도 5는 휴대형 계산 장치(140)의 일실시예에 대한 개략 블록도이다. 휴대형 계산 장치(140)는, 이하에 설명하는 바와 같이, 사용자 입력 장치(100)를 이용하여 사용자 입력을 용이하게 한다. 사용자 입력 장치(100)를 이용할 수 있는 휴대형 계산 장치(140)는 셀룰러 폰 및 GPS 장치 등의 소형 통신 장치를 예로서 포함한다. 또한, 퍼스널 뮤직 플레이어, PDA 등의 다른 유형의 전자 주변 장치는 휴대형 계산 장치(140)를 이용할 수 있다.
사용자 입력 장치(100)를 휴대형 계산 장치(140)에 구현함으로써, 사용자 입력 장치(100)는, 예를 들어, 휴대형 계산 장치의 디스플레이 장치(도시 생략) 상의 네비게이션 콘텐츠로의 사용자 입력을 용이하게 할 수 있다. 또한, 사용자 입력 장치(100)를 통해 수신된 사용자 입력은, 음량 조정, 오디오 재생 선택, 브라우저 조정 등을 포함한 다른 유형의 사용자 조정 기능을 용이하게 할 수 있는데, 이들 조정으로 제한되지 않는다. 사용자 입력 장치(100)로 구현될 수 있는 사용자 조정 기능의 유형은 휴대형 계산 장치(140)에 의해 일반적으로 제공되는 기능의 유형에 따라 다를 수 있다. 또한, 도 5는 휴대형 계산 장치(140)를 특별히 예시하고 있지만, 사용자 입력 장치(100)(또는 120)가, 반드시 사용자가 휴대할 필요는 없는 휴대가능한 전자 장치, 또는 일반적으로 휴대할 수 없다고 생각되는 장치에 이용될 수 있다.
도 5의 휴대형 계산 장치(140)는 광학 네비게이션 장치(142)를 포함한다. 광학 네비게이션 장치(142)는 특정 구성 요소로 도시되고 본 명세서에서 특정 기능을 구현하는 것으로서 예시되어 있지만, 광학 네비게이션 장치(142)의 다른 실시예는 더 적은 혹은 더 많은 기능을 구현하는 더 적은 혹은 더 많은 구성 요소를 포함할 수 있다.
예시된 광학 네비게이션 장치(142)는 광학 네비게이션 회로(146) 및 마이크로컨트롤러(148)를 포함한다. 일반적으로, 광학 네비게이션 회로(146)는 사용자 입력 장치(100)에서의 손가락 또는 다른 네비게이션 움직임을 나타내는 신호를 생성한다. 그 다음, 광학 네비게이션 회로(146)는 하나 이상의 신호를 마이크로컨트롤러(148)에 송신한다. 광학 네비게이션 회로(146)로부터 마이크로컨트롤러(148)로 송신되는 신호의 예시적인 유형은 △X 및 △Y 상대적 변위값에 근거한 채널 직 각 위상 신호(channel quadrature signal)를 포함한다. 손가락과 사용자 입력 장치(100) 간의 상대적인 움직임을 이들 신호 또는 다른 신호가 나타낼 수 있다. 광학 네비게이션 회로(146)의 다른 실시예는 다른 유형의 신호를 마이크로컨트롤러(148)에 송신할 수 있다. 일실시예에서, 마이크로컨트롤러(148)는 호스트 컴퓨터 시스템 및 다른 전자 장치(도시 생략)로부터의 데이터 송수신을 포함한 다양한 기능을 실행한다.
네비게이션 신호를 생성하기 위해서, 도시된 광학 네비게이션 회로(146)는 드라이버(150), 디지털 신호 프로세서(DSP)(152), 및 이미지 획득 시스템(IAS) (154)을 포함한다. 이미지 획득 시스템(154)은 사용자 입력 장치(100) 및 아날로그-디지털 변환기(ADC)(156)를 포함한다. 광학 네비게이션 회로(146) 및/또는 이미지 획득 시스템(154)의 다른 실시예는 더 적은 혹은 더 많은 기능을 실행하는 더 적은 혹은 더 많은 구성 요소를 포함할 수 있다.
일실시예에서, 광학 네비게이션 회로(146)의 드라이버(150)는 광원(102)의 동작을 제어하여, 손가락 접촉면(105)에 송신되는 광 신호를 생성한다. 그 다음, 상술한 바와 같이, 반사광 신호가 수신되어 사용자 입력 장치(100)의 센서 어레이(112)에 의해 검출된다.
일실시예에서, 사용자 입력 장치(100)는 센서 어레이(112) 상의 입사광에 대응하는 하나 이상의 아날로그 전기 신호를 생성한다. 그 다음, 사용자 입력 장치(100)는 아날로그 신호를 아날로그-디지털 변환기(156)로 송신한다. 아날로그-디지털 변환기(156)는 전기 신호를 아날로그 신호에서 디지털 신호로 변환한 후에, 디지털 신호를 디지털 신호 프로세서(152)로 전달한다.
디지털 신호 프로세서(152)가 이미지 획득 시스템(154)의 아날로그-디지털 변환기(156)로부터 디지털 형태의 신호를 수신한 후에, 디지털 신호 프로세서(152)는 전기 신호를 이용하여 추가 처리를 수행할 것이다. 그 다음, 상술한 바와 같이, 디지털 신호 프로세서(152)는 하나 이상의 신호를 마이크로컨트롤러(148)에 송신한다. 몇몇 실시예에서, 디지털 신호 프로세서(152)는 센서 어레이(112)에 대한 손가락의 횡 방향 움직임에 근거하여 횡 방향 움직임 정보를 생성하는 네비게이션 엔진(158)을 포함한다. 네비게이션 엔진(158)의 다른 실시예는 다른 유형의 움직임 정보를 생성할 수 있다.
본 명세서에서의 본 방법의 동작이 특정 순서로 도시되어 설명되어 있지만, 특정 동작이 역순서로 수행될 수 있도록, 또한 특정 동작이 적어도 부분적으로 다른 동작과 동시에 수행될 수 있도록, 각 방법의 동작 순서는 변경될 수 있다. 다른 실시예에서, 별개의 동작의 명령어 또는 하위 동작은 간헐적인 및/또는 교대의 방식으로 실행될 수 있다.
본 발명의 특정 실시예가 설명되고 예시되어 있지만, 본 발명의 범위는 첨부의 청구범위 및 그들의 등가물에 의해 규정된다. 본 발명의 범위는 본 명세서에 설명되어 예시된 특정 형태 또는 배열로 한정되지 않아야 한다.
도 1a는 사용자 입력 장치를 손가락으로 접촉하지 않은 사용자 입력 장치의 일실시예에 대한 개략도.
도 1b는 사용자 입력 장치를 손가락으로 접촉한 도 1a의 사용자 입력 장치의 다른 개략도.
도 2는 사용자 입력 장치의 다른 실시예에 대한 개략도.
도 3은 도 1b의 사용자 입력 장치의 분해 조립도.
도 4는 사용자 입력 장치를 작동시키는 일실시예의 방법의 흐름도.
도 5는 광학 네비게이션 시스템의 일실시예에 대한 개략 블럭도.

Claims (20)

  1. 손가락 접촉면을 포함하는 광학 요소와,
    상기 손가락 접촉면과 광학적으로 통신하여 상기 손가락 접촉면에 광을 제공하는 레이저를 포함하는 광원과,
    손가락과 상기 손가락 접촉면 간의 접촉에 응답하여 상기 손가락 접촉면으로부터 반사되는 광을 검출하는 센서 어레이와,
    상기 센서 어레이에 연결되어 있으며, 상기 센서 어레이에 대한 상기 손가락의 횡 방향 움직임에 근거하여 횡 방향 움직임 정보를 생성하도록 구성된 네비게이션 엔진과,
    상기 광학 요소와 상기 센서 어레이 사이에 배치되고, 상기 센서 어레이와 선형적으로 정렬되는 개구를 포함하는 차광물을 포함하는
    사용자 입력 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 차광물은 대략 0.1mm 이하의 직경을 가진 개구를 정의하는
    사용자 입력 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 차광물은 대략 0.09mm 내지 0.11mm의 직경을 가진 개구를 정의하는
    사용자 입력 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 광학 요소와 상기 차광물은, 대략 상기 차광물의 개구에서 상기 차광 요소와 상기 차광물 간의 갭을 적어도 부분적으로 정의하는
    사용자 입력 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    대략 상기 차광물의 개구에서 상기 차광물과 상기 센서 어레이 사이의 제 1 갭이 정의되는
    사용자 입력 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 차광물과 상기 센서 어레이는 상기 차광물과 상기 센서 어레이 간의 제 2 갭을 정의하며, 상기 제 1 및 제 2 갭은 상기 차광물의 개구와 실질적으로 정렬되는
    사용자 입력 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 손가락 접촉면과 상기 센서 어레이 간의 거리는 대략 2mm 미만인
    사용자 입력 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 손가락 접촉면과 상기 센서 어레이 간의 거리는 대략 0.9mm 내지 1.1mm인
    사용자 입력 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 레이저는 빅셀(Vertical Cavity Surface Emitting Laser : VCSEL)을 포함하는
    사용자 입력 장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 광학 요소는 상기 손가락 접촉면과 일체형인 광 파이프를 더 포함하는
    사용자 입력 장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 광 파이프는 상기 광 파이프 내에서의 상기 광의 내부 전반사를 용이하게 하기 위한 폴리싱된 광학면을 포함하는
    사용자 입력 장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 폴리싱된 광학면은 평면 기하 구조를 정의하는
    사용자 입력 장치.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 폴리싱된 광학면은 곡선 기하 구조를 정의하는
    사용자 입력 장치.
  14. 제 10 항에 있어서,
    상기 광 파이프는 상기 광학 요소를 상기 차광물에 정렬되도록 장착하는 것을 용이하게 하는 맞춤 기하 구조(fitted geometry)를 정의하는
    사용자 입력 장치.
  15. 휴대형 계산 장치와,
    상기 휴대형 계산 장치에 연결되어 상기 휴대형 계산 장치에 대한 사용자 입력을 수신하는 사용자 입력 장치를 포함하되,
    상기 사용자 입력 장치는
    광 파이프와 일체형인 손가락 접촉면을 포함하는 광학 요소로서, 상기 손가락 접촉면과 상기 광 파이프는 단일 구조를 형성하는 광학 요소와,
    상기 손가락 접촉면과 광학적으로 통신하여 상기 일체형의 광 파이프를 통해 상기 손가락 접촉면에 광을 제공하는 레이저를 포함하는 광원과,
    손가락과 상기 손가락 접촉면 간의 접촉에 응답하여 상기 손가락 접촉면으로부터 반사되는 광을 검출하는 센서 어레이와,
    상기 광학 요소와 상기 센서 어레이 사이에 배치되고, 상기 센서 어레이 및 상기 손가락 접촉면과 선형으로 정렬되는 개구를 포함하는 차광물을 포함하는
    시스템.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 광학 요소는 상기 센서 어레이와 상기 차광물의 개구를 커버하여 상기 사용자 입력 장치의 주위 오염을 방지하는 시스템.
  17. 제 15 항에 있어서,
    상기 차광물은 대략 0.1mm 이하의 직경을 가진 개구를 정의하며,
    상기 개구는 상기 손가락 접촉면에서의 광의 조사 중심과 선형적으로 정렬되는
    시스템.
  18. 제 15 항에 있어서,
    상기 휴대형 계산 장치는 모바일 전화 핸드셋을 포함하는 시스템.
  19. 사용자 입력 장치를 작동시키는 방법에 있어서,
    레이저 광원에서 광을 생성하는 단계와,
    광 가이드를 통해 광을 전달하여 손가락 접촉면을 조사하는 단계와,
    차광물의 개구를 관통하는 상기 센서 어레이에서의 반사광을 검출하는 단계와,
    상기 반사광에 근거하여 네비게이션 신호를 생성하는 단계를 포함하되,
    상기 광은 상기 손가락 접촉면에서의 손가락에 반응하여 상기 손가락 접촉면으로부터 반사되는
    사용자 입력 장치의 작동 방법.
  20. 제 15 항에 있어서,
    상기 차광물의 상기 개구를 관통하는 일련의 네비게이션 이미지를 형성하는 단계를 더 포함하되,
    상기 차광물은 상기 개구의 직경을 대략 0.1mm 이하로 정의하는
    사용자 입력 장치의 작동 방법.
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Families Citing this family (37)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SE533704C2 (sv) 2008-12-05 2010-12-07 Flatfrog Lab Ab Pekkänslig apparat och förfarande för drivning av densamma
CN102272664A (zh) * 2009-04-17 2011-12-07 夏普株式会社 液晶面板
GB2476309B (en) 2009-12-21 2014-07-09 St Microelectronics Res & Dev Scrolling input device
CN104536240A (zh) * 2010-12-02 2015-04-22 宁波舜宇光电信息有限公司 一种光学触摸屏摄像模组及其制造方法
US8816963B2 (en) 2010-12-13 2014-08-26 Sae Magnetics (H.K.) Ltd. Optical navigation module and mobile electronic appliance using optical navigation module
EP2466428A3 (en) * 2010-12-16 2015-07-29 FlatFrog Laboratories AB Touch apparatus with separated compartments
EP2466429A1 (en) 2010-12-16 2012-06-20 FlatFrog Laboratories AB Scanning ftir systems for touch detection
US9104268B2 (en) * 2011-02-03 2015-08-11 Avago Technologies General Ip (Singapore) Pte. Ltd. Compact optical finger navigation system with illumination via redirection surface holes
US9229581B2 (en) 2011-05-05 2016-01-05 Maxim Integrated Products, Inc. Method for detecting gestures using a multi-segment photodiode and one or fewer illumination sources
US8716649B2 (en) 2011-05-05 2014-05-06 Maxim Integrated Products, Inc. Optical gesture sensor using a single illumination source
GB201110218D0 (en) * 2011-06-16 2011-08-03 St Microelectronics Res & Dev Optical navigation device
US8704153B2 (en) 2011-07-07 2014-04-22 Sae Magnetics (H.K.) Ltd. Side mounting optical navigation module
US10168835B2 (en) 2012-05-23 2019-01-01 Flatfrog Laboratories Ab Spatial resolution in touch displays
WO2013191638A1 (en) * 2012-06-21 2013-12-27 Flatfrog Laboratories Ab Optical coupling in touch-sensing systems using diffusively reflecting element
US9857916B2 (en) 2012-07-24 2018-01-02 Flatfrog Laboratories Ab Optical coupling in touch-sensing systems using diffusively transmitting element
US9785287B2 (en) * 2012-12-17 2017-10-10 Flatfrog Laboratories Ab Optical coupling in touch-sensing systems
US20150324028A1 (en) 2012-12-17 2015-11-12 Flatfrog Laboratories Ab Optical coupling of light into touch-sensing systems
WO2014168567A1 (en) 2013-04-11 2014-10-16 Flatfrog Laboratories Ab Tomographic processing for touch detection
US9874978B2 (en) 2013-07-12 2018-01-23 Flatfrog Laboratories Ab Partial detect mode
US10146376B2 (en) 2014-01-16 2018-12-04 Flatfrog Laboratories Ab Light coupling in TIR-based optical touch systems
US10126882B2 (en) 2014-01-16 2018-11-13 Flatfrog Laboratories Ab TIR-based optical touch systems of projection-type
WO2015199602A1 (en) 2014-06-27 2015-12-30 Flatfrog Laboratories Ab Detection of surface contamination
EP3250993B1 (en) 2015-01-28 2019-09-04 FlatFrog Laboratories AB Dynamic touch quarantine frames
US10318074B2 (en) 2015-01-30 2019-06-11 Flatfrog Laboratories Ab Touch-sensing OLED display with tilted emitters
WO2016130074A1 (en) 2015-02-09 2016-08-18 Flatfrog Laboratories Ab Optical touch system comprising means for projecting and detecting light beams above and inside a transmissive panel
WO2016140612A1 (en) 2015-03-02 2016-09-09 Flatfrog Laboratories Ab Optical component for light coupling
CN108369470B (zh) 2015-12-09 2022-02-08 平蛙实验室股份公司 改进的触控笔识别
TWI543032B (zh) * 2015-12-23 2016-07-21 原相科技股份有限公司 光學導航裝置
CN110100226A (zh) 2016-11-24 2019-08-06 平蛙实验室股份公司 触摸信号的自动优化
WO2018106176A1 (en) 2016-12-07 2018-06-14 Flatfrog Laboratories Ab An improved touch device
CN110300950B (zh) 2017-02-06 2023-06-16 平蛙实验室股份公司 触摸感测系统中的光学耦合
WO2018174788A1 (en) 2017-03-22 2018-09-27 Flatfrog Laboratories Object characterisation for touch displays
EP3602259A4 (en) 2017-03-28 2021-01-20 FlatFrog Laboratories AB TOUCH DETECTION DEVICE AND ITS ASSEMBLY PROCESS
WO2019045629A1 (en) 2017-09-01 2019-03-07 Flatfrog Laboratories Ab IMPROVED OPTICAL COMPONENT
WO2019172826A1 (en) 2018-03-05 2019-09-12 Flatfrog Laboratories Ab Improved touch-sensing apparatus
WO2020153890A1 (en) 2019-01-25 2020-07-30 Flatfrog Laboratories Ab A videoconferencing terminal and method of operating the same
JP2023512682A (ja) 2020-02-10 2023-03-28 フラットフロッグ ラボラトリーズ アーベー 改良型タッチ検知装置

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1437677A1 (en) * 2002-12-30 2004-07-14 Nokia Corporation Optical user interface for controlling portable electric device
US7313255B2 (en) 2003-05-19 2007-12-25 Avago Technologies Ecbu Ip Pte Ltd System and method for optically detecting a click event
US7292232B2 (en) * 2004-04-30 2007-11-06 Microsoft Corporation Data input devices and methods for detecting movement of a tracking surface by a laser speckle pattern

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US8093545B2 (en) 2012-01-10
US20100078545A1 (en) 2010-04-01

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