KR20230074269A - 광학 터치 센서 - Google Patents

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KR20230074269A
KR20230074269A KR1020237014590A KR20237014590A KR20230074269A KR 20230074269 A KR20230074269 A KR 20230074269A KR 1020237014590 A KR1020237014590 A KR 1020237014590A KR 20237014590 A KR20237014590 A KR 20237014590A KR 20230074269 A KR20230074269 A KR 20230074269A
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KR1020237014590A
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스테판 요한스 홈그렌
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네오노드, 인크.
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Abstract

광학 센서는 검출 영역의 2개의 대향하는 가장자리를 따르는 렌즈, 가장자리들 중 특정 가장자리를 따라 장착된 광 이미터 - 각각의 이미터는 각각의 렌즈를 통해 광 빔을 투사시키며, 렌즈는 투사된 이미터 광을 검출 영역을 가로질러 상기 특정 가장자리에 대향하는 검출 영역의 가장자리를 따르는 각각의 복수의 렌즈로 복수의 확산 광 빔으로 분할하고, 각각의 지향된 광 빔의 광 강도는 이의 중심을 따라 최대화되고 각각의 지향된 빔 내 강도 분포가 알려져 있음 - , 특정 가장자리에 대향하는 가장자리를 따르는 광 검출기 - 각각의 검출기는 각각의 렌즈를 통해 검출 영역을 가로질러 지향된 광을 수신함 - , 및 검출기로부터 출력을 수신하고 각각의 지향된 광 빔 내 알려진 강도 분포 및 수신된 출려겡 기초하여 검출 영역 내 물체 위치를 계산하는 프로세서를 포함한다.

Description

광학 터치 센서
본 발명의 분야는 터치스크린, 특히 광학 터치스크린이다.
본 발명의 양수인에게 양도된 미국 특허 출원 9,471,170, 발명의 명칭 LIGHT-BASED TOUCH SCREEN WITH SHIFT-ALIGNED EMITTER AND RECEIVER LENSES에 기재된 초기 종래 기술 광학 터치스크린의 개략도인 도 1을 참조한다. 이 터치스크린(900)은 렌즈 어레이(300-303)에 의해 둘러싸여 있다. 이미터(100-121)가 터치스크린의 인접한 2개의 가장자리를 따라 배열되고, 검출기(200-223)가 나머지 2개의 가장자리를 따라 배열된다. 터치스크린의 가장자리를 따라 있는 이미터는 터치스크린의 대향하는 가장자리를 따라 있는 검출기에 대해 시프트 정렬된다. 렌즈(300 및 301)는 각각의 이미터로부터 광을 확산시켜 2개의 대향하는 검출기에 도달하도록 구성되고, 렌즈(302 및 303)는 각각의 검출기가 2개의 대향하는 이미터로부터 광을 수신하도록 구성된다.
도 1은 수평 광 빔(400-407) 및 수직 광 빔(408-421)을 도시하며, 각각의 빔은 각각의 이미터에서 시작하여 2개의 검출기에 도달한다. 각각의 이미터는 프로세서(901)에 의해 대응하는 검출기와 동시에 활성화된다. 프로세서(901)는 또한 검출기 출력을 저장하고 이들 출력에 기초하여 터치 위치를 계산한다.
본 발명의 양수인에게 양도된 미국 특허 번호 9,063,614호 발명의 명칭 OPTICAL TOUCH SCREENS에 기재된 두 번째 종래 기술 광학 터치 스크린의 단순화된 도시인 돈 2가 참조된다. 이 터치스크린(902)은 렌즈 어레이(304-307)에 의해 둘러싸여 있다. 이미터(122-174)는 터치스크린의 인접한 2개의 가장자리를 따라 배열되고 검출기(224-278)는 나머지 2개의 가장자리를 따라 배열된다. 도 3의 렌즈(300 및 301)와 대조적으로, 렌즈(305 및 306)는 각각의 이미터로부터의 광을 확산시켜 다수의 검출기에 도달하도록 구성된다. 마찬가지로, 렌즈(304 및 307)는 각각의 검출기가 다수의 이미터, 예를 들어 다이오드당 ±8 채널로부터 광을 수신하도록 구성된다. 도 2는 검출된 광 빔(422-474)의 조밀한 메쉬를 도시한다. 각각의 이미터는 프로세서(903)에 의해 대응하는 검출기와 동시에 활성화된다. 프로세서(903)는 또한 검출기 출력을 저장하고 이들 출력에 기초하여 터치 위치를 계산한다.
도 1에 도시된 터치스크린 시스템은 터치 검출에 대해 좋은 신호 레벨을 제공하는 상대적으로 좁은 광 채널을 가진다. 또한 각 광빔은 빔의 폭에 걸쳐 신호 구배를 제공하도록 성형된다. 이들 신호 구배는 상이한 이미터-검출기 쌍에 의해 검출된 차단된 광의 양을 비교함으로써 빔 내에서 차단 물체가 있는 위치를 정확하게 식별할 수 있게 한다. 따라서 이 시스템은 각 광 채널에서 우수한 정보를 제공한다. 또한 이 시스템은 구성요소들 사이의 큰 피치(p로 표시됨)에서 잘 작동한다(가령, p는 15mm 내지 18mm). 그러나 이 시스템은 수평 광 빔과 마찬가지로 수직 광 빔이 거의 평행하기 때문에 고스트 터치(ghost touch)를 억제하는 데 최적이 아니다.
고스트 터치 문제를 단순화한 도면인 도 3이 참조된다. 차단된 빔(검출)(725-728)은 터치 물체를 포함하는 위치(910-913)에 대해 모호성을 생성한다. 이 경우 실제 물체는 위치(910 및 911)에 있다.
고스트 터치 문제는 도 1의 터치스크린에 존재한다. 이에 반해, 도 2에 도시된 터치스크린 시스템은 수평 광 빔 및 수직 광 빔에 대한 상이한 각도의 범위, 예를 들어 ±20°를 제공한다. 이렇게 하면 시스템이 고스트 터치를 잘 억제할 수 있다. 이 시스템은 p~12.5mm와 같이 약간 더 많은 구성요소에서 가장 잘 작동하는데, 이는 이 시스템을 더 비싸게 만든다. 이미터 빔의 광각은 각각의 이미터-검출기 쌍에 대해 더 낮은 신호 레벨을 제공하고, 또한 각각의 이미터-검출기 광 채널은 도 1의 시스템에서와 같이 빔의 폭을 가로지르는 신호 구배를 특징으로 하지 않으며, 이는 터치 위치 계산을 덜 정확하게 만든다. 도 2의 터치스크린 시스템은 또한 더 많은 광 채널을 제공하므로 모든 이미터-검출기 채널을 활성화하고 검출 신호를 저장 및 처리하는 측면에서 비용이 더 많이 든다.
다음 표는 도 1 및 2에 도시된 시스템의 특징을 요약한 것이다.
Figure pct00001
공개 번호 US 2012/0188206 A1(" '206 공보"), 발명의 명칭 OPTICAL TOUCH SCREEN WTH TRI-DIRECTIONAL MICRO-LENSES이 본 발명의 양수인에게 양도된 미국 특허 출원 번호 13/424,472의 공보이다. '206 공보는 특히 '206 공보의 도 83, 89, 90, 98 및 99을 참조하여, 각각의 이미터 빔이 3개의 개별 빔으로 분할된 광학 터치스크린을 개시한다. 특히 '206 공보의 도 83, 89, 90, 98 및 99을 참조하여, 각각의 이미터 빔이 3개의 개별 빔으로 분할되는 광학 터치스크린에 대한 동기가 이어진다. 도 1의 광학식 터치스크린에서 고스트 터치 문제를 해결하기 위해서, 즉, 불충분한 위치 데이터에 기초하여 다수의 터치를 고유하게 식별하기 위해서 더 많은 정보가 필요하다. '206 공보에서 제안된 솔루션은 더 많은 검출 채널, 즉 더 많은 광 빔 그리드를 제공하는 것이다. 그리드가 다양할수록 정보 콘텐츠가 더 좋다. 따라서 기존 그리드에 45도 기울어진 추가 그리드는 많은 채널을 추가하지 않고도 가장 많은 정보를 제공한다.
그러나, 추가 45도 그리드는 검출기 포토다이오드(PD)가 스크린의 4개의 가장자리 모두를 따라 배치되어야 하므로 터치스크린의 2개의 가장자리 상의 LED 및 터치스크린의 대향하는 가장자리를 따른 PD가 사용될 수 없는 도 1의 구성이 된다. 이로 인해 화면 가장자리를 따르는 교대하는 LED와 PD의 구성이 도출됐다.
그런 다음 스크린의 4개 가장자리 중 2개 상의 하프 렌즈를 사용할지 또는 모든 측면 상의 표준 렌즈만 사용할지에 대한 선택, 즉 스크린의 대향하는 가장자리를 따라 렌즈를 정렬해야 하는지, 또는 도 1에 도시된 바와 같이 이동-정렬되어야 하는지에 대한 선택이 존재한다. 특히 미국 특허 제9,471,170호에서 논의된 바와 같이 시프트-정렬 구성에는 이점이 있다. 그러나 시프트 정렬 구성은 추가 45도 채널을 고려할 때 복잡해진다. 따라서 추가적인 45도 채널을 고려한 정렬 구성이 필요하다.
스크린의 대향하는 가장자리에 있는 렌즈의 정렬된 구성은 스크린의 대향하는 가장자리에 있는 LED 및 PD 구성요소도 정렬된다는 것을 의미한다. 그러나 각 LED가 다른 LED의 대향하는 편에 있는지 또는 PD의 대향하는 편에 있는지를 결정해야 했다. 각 LED의 중앙 빔이 화면을 가로질러 확산되어 화면의 대향하는 가장자리를 따라 3개의 구성요소에 도달한다고 가정하면, 각 LED가 다른 LED 대향하는 편에 있으면 한 LED의 중앙 빔이 2개의 PD에 도달한다. 그러나 이 중앙 빔의 중앙이 PD가 아닌 LED를 향하기 때문에 중앙에 잘못된 정보가 있는 문제가 발생한다. 반면에, 각 LED가 PD의 대향하는 편에 있는 경우 채널은 LED에서 PD까지 직선이지만 3개의 대향하는 구성요소에 걸쳐 있는 중앙 빔은 하나의 PD(및 해당 PD의 양쪽에 있는 2개의 LED)에만 도달한다. 이 경우 채널이 중첩되지 않고 여러 신호(채널)의 보간을 사용할 가능성이 크게 제한된다. 중첩 채널 보간의 이점은 특히 미국 특허 번호 9,471,170에서 논의된다. 각각의 LED를 PD의 대향하는 편에 정렬하고 중첩 채널을 특징으로 하지 않는 구성은 '206 공보, 단락 [0332]에 표시된 바와 같이 상대적으로 큰 물체에 사용될 수 있다.
중첩되는 채널을 제공하는 방법은 '206 공보 단락 [0333]에서 논의된다, 즉, 3방향 패턴에 균일한 분포를 얻기 위해 작은 패싯을 사용하여 서로 다른 광 채널을 인터리빙한다. 많은 작은 패싯은 빛을 여러 방향으로 확산시키고 이웃한 빔을 인터리빙함으로써 신호를 희석시킨다. 또한, '206 공보가 스크린의 두 측부 모두 상의 짝수 개의 피치의를 필요로 하기 때문에, '206 공보의 단락 [0333]에서 논의된 시스템은 미국 특허 제9,471,170호에서 논의된 시스템보다 피치 폭 면에서 덜 유연하다. 신호는 초점 길이와 피치에 의해 형성되며 좋은 정보가 있지만 많이 조정될 수 없으며 '206 공보의 도 94 및 95와 같이 보인다.
본 발명은 종래 기술의 단점을 해결한다. 본 발명의 다른 이점은 이하의 설명으로부터 명백해질 것이다.
따라서 본 발명의 하나의 실시예에 따라 물체의 위치를 검출하기 위한 광학 센서가 제공되며, 상기 광학 센서는 사각형 검출 영역의 대향하는 두 개의 가장자리를 따라 배열된 복수의 렌즈, 상기 렌즈 아래 장착된 회로 기판, 상기 사각형 검출 영역의 대향하는 두 개의 가장자리 중 특정 하나를 따라 상기 회로 기판 상에 장착된 복수의 광 이미터 - 각각의 광 이미터는 상기 복수의 렌즈의 각각의 렌즈를 통해 광 빔을 투사시키도록 작동화될 때 동작 가능하고, 상기 렌즈는 각각의 광 이미터로부터 투사된 광 빔을 상기 사각형 검출 영역을 가로질러 상기 특정 가장자리에 대향하는 상기 사각형 검출 영역의 가장자리를 따라 배열된 각각의 복수의 렌즈로 지향되는 복수의 확산 광 빔으로 분할하도록 구성되며, 각각의 지향된 빔의 광 강도가 지향된 빔의 중심을 따라 최대화되고 따라서 각각의 지향된 빔 내 광 강도의 분포가 알려져 있음 - , 상기 특정 가장자리에 대향하는 사각형 검출 영역의 가장자리를 따르는 회로 기판 상에 장착된 복수의 광 검출기 - 각각의 검출기는 상기 특정 가장자리에 대향하는 사각형 검출 영역의 가장자리를 따라 배열된 상기 복수의 렌즈의 각각의 렌즈를 통해 사각형 검출 영역을 가로질러 지향되는 광 빔을 수신함 - , 및 상기 광 검출기로부터 출력을 수신하고, 각각의 지향된 빔 내 광 강도의 알려진 분포 및 수신된 출력에 기초하여 사각형 검출 영역 내 물체의 위치를 계산하는 프로세서를 포함한다.
본 발명의 실시예의 추가 특징에 따르면, 상기 복수의 광 이미터는 상기 복수의 광 검출기에 대해 시프트-정렬(shift-align)된다.
본 발명의 실시예의 추가 특징에 따르면, 상기 렌즈는 상이한 폭의 광 빔이 직사각형 검출 영역을 가로질러 상기 렌즈에 의해 지향되도록 설계된다.
본 발명의 실시예의 추가 특징에 따르면, 상기 복수의 렌즈 중 상기 사각형 검출 영역의 모서리 근처에 배열된 렌즈는 광 빔을 복수의 렌즈 중 나머지 렌즈에 의해 사각형 검출 영역을 가로질러 지향된 광 빔보다 좁은 사각형 검출 영역을 가로질러 지향시키도록 렌즈가 설계된다.
본 발명의 실시예의 추가 특징에 따르면, 복수의 렌즈 중 사각형 검출 영역의 모서리 근처에 배열된 렌즈는 상기 복수의 렌즈의 나머지 렌즈보다 작다.
본 발명의 실시예의 추가 특징에 따르면, 상기 복수의 렌즈 중 사각형 검출 영역의 모서리 근처에 배열된 렌즈는 상기 복수의 렌즈 중 나머지 렌즈보다 각각의 광 이미터로부터의 광 빔을 더 적은 확산 광 빔으로 분할하도록 설계된다.
본 발명의 실시예의 추가 특징에 따르면, 상기 렌즈는 복수의 확산 광 빔을 부채꼴로 확산시키며, 각각의 부채꼴은 꼭지각을 가지며, 상기 복수의 렌즈 중 사각형 검출 영역의 모서리 근처에 배열된 렌즈는 상기 복수의 렌즈의 나머지 렌즈에 의해 생성되는 광 빔의 부채꼴의 꼭지각보다 작은 꼭지각을 갖는 광 빔의 부채꼴을 발생시킨다.
본 발명은 도면과 함께 취해진 다음의 상세한 설명으로부터 더 완전하게 이해되고 인식될 것이다:
도 1은 제1 종래 기술의 광학 터치스크린의 간략도이다.
도 2는 제2 종래 기술의 광학 터치스크린의 간략도이다.
도 3은 고스트 터치의 단순화된 예시이다.
도 4는 본 발명에 따라 도 1의 광학 터치스크린에서 광학 신호에 기초하여 터치 위치를 계산하는 원리를 간략히 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따라 3개의 광 채널로 분할되는 이미터로부터의 광의 간략도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따라 2개의 광 채널로 분할되는 방출기로부터의 광의 간략도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따라 실제 터치와 고스트 터치를 구별하는 간략도이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른, 렌즈에 의해 생성될 수 있는 5개의 상이한 빔의 간략도이다.
도 9-12는 본 발명의 실시예에 따른 광학 센서에 사용되는 렌즈의 도면이다.
도 13은 본 발명의 실시예에 따른 광학 터치스크린 검출 영역의 간략도이다.
도 14-16은 본 발명의 실시예에 따른, 광학 터치스크린에서 부분적으로 중첩되는 중앙 광 빔의 간략도이다.
도 17-19는 본 발명의 실시예에 따른, 광학 터치스크린에서 부분적으로 중첩되는 좌측으로 기울어지는 광 빔의 간략도이다.
도 20-22는 본 발명의 실시예에 따른, 광학 터치스크린에서 부분적으로 중첩되는 우측으로 기울어지는 광 빔의 간략도이다.
도 23 및 24는 본 발명의 실시예에 따라 도 14-22의 빔을 특징으로 하는 터치스크린의 상이한 부분에서 터치 검출을 위해 제공되는 중첩되는 광 빔의 수의 간략도이다.
도 25-27은 본 발명의 실시예에 따른, 광학 터치스크린에서 부분적으로 중첩되는 최좌측으로 기울어지는 광 빔의 간략도이다.
도 28 및 29는 본 발명의 실시예에 따른, 광학 터치스크린에서 부분적으로 중첩되는 최좌측으로 기울어지는 광 빔의 간략도이다.
도 30 및 31은 본 발명의 하나의 실시예에 따른, 도 4, 14, 15 및 25-29의 빔을 특징으로 하는, 터치스크린의 상이한 부분에서의 터치 검출을 위해 제공되는 다수의 중첩되는 광 빔의 개략도이다.
도 32는 본 발명의 실시예에 따라, 스크린을 가로지르는 외부 및 내부 빔에 대해 상이한 광소자를 갖는 광학 터치스크린의 간략도이다.
도 33a는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 광학 터치스크린의 서로 다른 스크린 섹션을 보여주는 지도이며, 섹션은 서로 다른 개수의 중첩되는 검출 채널을 가진다.
도 33b는 본 발명의 실시예에 따라, 텍스트 및 화살표를 이용해 도 33a의 상이한 스크린 섹션을 도시한다.
도 34는 본 발명의 하나의 실시예에 따른, 각 이미터 빔을 3개가 아닌 2개의 확산 빔으로 분할하도록 구성된 렌즈를 갖는 터치스크린에 대한 터치스크린의 상이한 부분에서의 터치 검출을 위해 제공되는 다수의 중첩되는 광 빔의 단순화된 도시이다.
개시 및 도면에서, 다음과 같은 번호 매기기 체계가 사용된다. 유사한 번호가 매겨진 요소는 유사하지만 반드시 동일하지는 않는다.
Figure pct00002
다음 표는 도 1 및 2에 도시된 종래 기술의 터치스크린의 특징과 관련하여 본 발명에 따른 터치스크린의 특정 특징을 요약한 것이다.
Figure pct00003
본 발명에 따르는 도 1의 광학 터치스크린에서 광학 신호에 기초하여 터치 위치를 계산하는 원리를 간략히 나타낸 도 4가 참조된다. 도 4는 터치스크린 실시예에서 신호 구배를 도시한다. 이미터(109)는 이웃하는 검출기(221 및 222)에 의해 검출되는 검출 영역(900)을 가로질러 수직 광 빔(409)을 투사한다. 구체적으로, 빔 부분(475)은 검출기(222)에 의해 검출되고 빔 부분(476)은 검출기(221)에 의해 검출된다. 빔 부분(475)은 이미터(109)의 렌즈로부터 검출기(222)의 렌즈까지 연장되는 평행사변형으로 도시되고, 빔 부분(476)은 이미터(109)의 렌즈로부터 검출기(221)의 렌즈까지 연장되는 평행사변형으로서 도시되며, 빔 부분(475 및 476)의 파선은 각각의 빔 부분의 중심을 나타낸다. 렌즈(301)는 빔(409)을 성형하여 최대 강도가 빔의 중심을 따르고, 강도 구배가 검출(709 및 708)에 의해 표시되는 바와 같이 빔의 가장자리를 향해 감소된다. 렌즈(303)는 렌즈(301)와 유사하고 들어오는 빛을 검출기 상으로 수집한다. 물체가 빔 부분(475)의 일부분이 검출기(222)에 도달하지 못하게 차단하고 빔 부분(476)의 일부분이 검출기(221)에 도달하지 못하게 차단할 때, 검출기(221 및 222)에서의 검출을 비교함으로써 빔(409)의 폭을 따르는 물체의 위치가 결정되며, 검출이 동일한 경우, 물체는 빔의 중심 축을 따르고, 검출이 동일하지 않은 경우, 이들의 비가 물체가 빔의 중심의 하나의 측부로 얼마나 멀리 시프트되는지를 나타낸다.
도 4는 또한 2개의 이미터(111 및 112)로부터 광을 수신하는 검출기(219)를 도시하며, 특히 이미터(111)로부터의 빔의 일부(477) 및 이미터(112)로부터의 빔의 일부(478)는 검출기(219)에 도달한다. 빔 부분(477 및 478)이 겹칠 때, 시스템은 이미터-검출기 쌍(111-219)의 검출을 이미터-검출기 쌍(112-219)의 검출과 비교함으로써 겹침의 폭을 따라 물체가 위치하는 위치를 결정한다.
도 4는 이미터(117-119)로부터 검출기(211-214)로의 수직 빔(417-419)을 도시한다. 이들 빔의 중첩되는 검출 부분(479)은 검출 영역(900)에 배치된 물체가 적어도 2개의 이미터-검출기 쌍, 즉 {(e,d), (e,d+1))} 또는 {(e ,d), (e+1,d)}에 의해 검출될 것이며, 여기서 e와 e+1은 두 개의 인접한 이미터이고 d와 d+1은 두 개의 인접한 검출기이다. 앞서 설명한 바와 같이, 중첩 검출 및 성형된 광 빔은 여러 이미터-검출기 쌍에 의한 단일 물체의 검출의 크기를 비교함으로써, 스크린을 터치하거나 그 밖의 다른 방식으로 이들 광 빔의 평면에 들어가는 물체의 위치의 정확한 계산을 가능하게 하는 신호 구배를 제공한다. 이들 검출을 비교하는 한 가지 방법은 보간법이다. 이미터-검출기 쌍의 동기화된 활성화는 프로세서(903)에 의해 제어된다. 프로세서(903)는 또한 검출기 출력을 저장하고 이들 출력에 기초하여 검출된 물체의 위치를 계산한다.
도 4는 검출 영역(900)의 두 가장자리를 따른 이미터 렌즈가 검출 영역(900)의 대향하는 가장자리를 따르는 검출기 렌즈와 시프트-정렬되는 것을 도시하고, 두 개의 대향하는 검출기에 의해 검출되는 각 이미터로부터의 빔이 이미터의 대향하는편으로부터 +/-0.5 렌즈 피치만큼 오프셋되어 있음을 검출기에 의해 검출되는 것으로 표현될 수 있다. 본 발명에 따르면, 각각의 이미터로부터의 광은 추가 검출 채널 및 고스트 터치 억제를 위한 더 많은 각도를 제공하기 위해 추가 쌍의 검출기에 의해 검출되는 여러 빔으로 분할된다.
따라서, 본 발명의 특정 실시예에서, 제1 추가 빔이 이미터의 대향하는 편으로부터 1.5 및 2.5 렌즈 피치만큼 오프셋된 검출 영역의 대향하는 가장자리를 따라, 검출기 쪽으로 지향되며, 제2 추가 빔이 이미터의 대향하는 편으로부터 -1.5 및 -2.5 렌즈 피치만큼 오프셋된 검출 영역의 대향하는 가장자리를 따라, 검출기 쪽으로 지향된다. 이들 추가적인 빔은 도 17-22에 도시되어 있다. 3 세트의 빔이 모두 제공될 때, 즉 이미터의 대향하는 쪽에서 +/-0.5 렌즈 피치만큼 오프셋된 검출기로 향하는 초기 빔과 두 개의 추가 빔이 제공되면, 여섯 세트의 검출 채널이 제공된다. 이는 도 23 및 24에 도시되어 있다.
본 발명의 다른 실시예에서, 고스트 터치 억제를 위한 더 넓은 범위의 각도를 제공하기 위해 상이한 추가 빔이 사용된다, 즉, 제1 추가 빔은 이미터의 대향하는 쪽에서 3.5 및 4.5 렌즈 피치 만큼 오프셋된 이웃 검출기 쪽으로 지향되고, 제2 추가 빔은 이미터 대향하는 편에서 -3.5 및 -4.5 렌즈 피치 만큼 오프셋된 검출기 쪽으로 지향된다. 이들 추가적인 빔은 도 25-29에 도시되어 있다. 이들 빔이 이미터로부터 +/- 0.5 렌즈 피치 만큼 오프셋된 검출기로 지향되는 초기 빔과 함께 제공될 때, 도 30 및 31에 도시된 바와 같이 6개 세트의 검출 채널이 제공된다. 본 발명의 또 다른 실시예는 도 25-29에서 도시된 바와 같이, 더 큰 이미터-검출기 오프셋을 갖는 추가적인 빔을 제공하지만 도 32 내지 33에 도시된 바와 같이 검출 영역의 가장자리 근처에 더 작은 이미터 검출기 오프셋을 갖는 추가 빔을 제공한다.
본 발명의 실시예에 따라 3개의 광 채널로 분할되는 이미터로부터의 광의 간략도인 도 5를 참조할 수 있다. 도 5는 각각의 이미터 빔을 3개의 분리된 발산 빔(484-486)으로 분할하는 것을 도시하며, 각각의 개별 빔은 도 4와 관련하여 전술한 바와 같이 구배를 갖도록 성형되며, 이로써 가장 높은 강도가 각 개별 빔의 중심을 따르며, 광 강도는 빔의 중심에서 외곽으로 살수록 감소된다. 이들 분리된 형태의 빔은 렌즈(309)에 의해 형성되며, 유사한 렌즈(311)가 각각의 검출기 상으로 각각의 세 방향으로 빔을 향하게 하기 위해 검출기에 제공된다. 빔(484-486) 각각은 2개의 검출기에 도달한다. 구체적으로, 빔(484)은 검출기(214 및 215)에 도달하고, 빔(485)은 검출기(212 및 213)에 도달하며, 빔(486)은 검출기(210, 211)에 도달한다. 이와 같이, 빔(484, 485) 사이 및 빔(485, 486) 사이의 최소 각도는 다음과 같다:
Figure pct00004
여기서 p는 이웃하는 구성요소들 간 피치이고 L은 이미터 행과 대향하는 검출기 행 사이의 간격이다.
비록 도 5는 각각의 빔이 3개의 개별 성형 빔으로 분할되는 것을 도시하지만, 본 발명의 다른 실시예에서 각각의 빔은 각각의 개별 빔에 더 많은 양의 광을 제공하는 2개의 개별 성형 빔으로만 분할된다.
이미터(118)로부터의 광이 2개의 개별 빔(484 및 485)으로 분할되는 것을 도시하는 도 6을 참조할 수 있으며, 각각의 개별 빔이 도 4 및 5와 관련하여 전술한 바와 같이 구배를 갖고 성형되며, 이로써, 가장 높은 강도는 각각의 개별 빔의 중심을 따라 있고 광 강도는 빔의 중심에서 바깥쪽으로 감소한다. 이러한 분할된 형상의 빔은 렌즈(309)에 의해 형성되고, 유사한 렌즈(311)가 검출기 상에 두 방향 각각으로 빔을 지향시키기 위해 검출기에서 제공된다. 빔(484 및 485) 각각은 2개의 검출기에 도달한다. 구체적으로, 빔(484)은 검출기(213 및 214)에 도달하고, 빔(485)은 검출기(211 및 212)에 도달한다. 이와 같이, 빔(484 및 485) 사이의 최소 각도는 다음과 같다:
Figure pct00005
여기서 p는 이웃하는 구성요소들 간 피치이고 L은 이미터 행과 대향하는 검출기 행 사이의 간격이다.
빔(484, 485)은 모두 이미터(118)에 의해 투사된다. 렌즈(309)는 이들 2개의 빔을 분할 및 성형하고 렌즈(311)를 통해 검출기(211-214)로 향하게 한다. 검출기(211-214)에서의 검출은 경사 곡선(711-714)으로 표시된다. 각각의 빔에 대한 최대 강도는 그 중심을 따라 있으며, 각 곡선(711-714)의 최대값이 빔 중심 근처에 있고 바깥쪽으로 감소하는 것으로 표시된다.
본 발명의 실시예에 따라 실제 터치와 고스트 터치를 구별하는 간략도인 도 7을 참조할 수 있다. 도 7은 검출 영역(904)에서의 2개의 터치를 도시하고 도 6에 도시된 바와 같이 각각의 이미터에 대해 2개의 발산 빔을 갖는 시스템에서, 도 6의 차단된 좌측 경사 빔(484)에 의해 지시되는 4개의 후보 터치 포인트의 위치가 도 6의 차단된 우측 경사 빔(485)에 의해 지시되는 4개의 후보 터치 포인트와 약간 상이하다. 화살표(931)는 우측 경사 수직 및 수평 빔의 방향을 나타내고, 화살표(932)는 좌측 경사 수직 및 수평 빔의 방향을 나타낸다. 우측 경사 빔은 가능한 터치 위치(910, 911, 912' 및 913')를 나타내고, 좌측 경사 빔은 가능한 터치 위치(910, 911, 912" 및 913")를 나타낸다. 따라서, 실제 물체가 존재하는 위치(910 및 911)는 빔의 두 세트 모두에 대해 동일하지만, 고스트 위치(912 및 913)는 동일하지 않다. 따라서, 상이한 빔 세트가 나타내는 터치 위치를 비교함으로써, 상이한 빔 집합에 대해 동일한 위치는 실제 터치 위치이고, 상이한 빔 세트에 대해 동일하지 않은 위치는 터치 위치가 아닌 것으로 결정된다. 달리 말하면, 모든 빔으로부터의 터치 검출을 결합함으로써, 특정 위치에 집중되는 상이한 빔 세트에 의한 검출이 있는 위치는 실제 터치 위치이며, 더 확산되는 상이한 빔 세트로부터의 결합된 검출은 터치 위치가 아니다. 각 이미터 빔을 3개의 발산 빔으로 분할하면 고스트 터치 문제에 대한 보다 강건한 솔루션이 제공된다. 또한, 아래에서 논의되는 발산 빔들 간 각도가 클수록 고스트 터치의 제거가 더 강건해진다.
따라서, 각각의 이미터로부터의 광을 2개 또는 3개의 빔으로 분할하는 것은 도 1의 터치스크린이 해결할 수 없는 많은 고스트 터치 상황을 해결하는 상이한 각도의 빔을 제공한다. 또한 분할 빔은 다양한 중첩 빔으로 대부분의 디스플레이 영역을 커버하여 터치 위치 계산을 위한 더 높은 해상도와 정밀도를 제공한다.
본 발명의 실시예에 따른 렌즈에 의해 생성될 수 있는 5개의 상이한 빔의 간략도인 도 8을 참조할 수 있다. 도 8은 렌즈에 의해 이미터(118)로부터 생성될 수 있는 5개의 상이한 빔(487-491)을 도시한다. 전술한 바와 같이, 5개의 빔 각각은 중심선으로부터 더 감소하는 강도와 함께 중심을 따라 최대 강도를 갖도록 형상화된다. 이 빔 모양을 사용하면 물체가 차단하는 빛의 양에 따라 빔의 폭 내에서 물체가 있는 위치를 식별할 수 있다. 각 빔은 검출 영역의 대향하는 가장자리에 있는 검출기 쌍 쪽으로 지향된다. 본 발명의 특정 실시예에서, 각각의 렌즈는 이들 5개의 빔 중 3개를 생성한다. 이하에서 논의되는 특정 실시예에서, 검출 영역(904)의 코너로부터 더 멀리 있는 렌즈는 큰 각도로 분리된 빔을 제공하기 위해 중앙 빔(489) 및 2개의 외부 빔(487 및 491)을 생성하는 반면, 검출 영역의 코너에 더 가까운 렌즈는 3개의 내부 빔(488-490)을 생성하도록 구성되며, 외부 빔(487 또는 491)은 검출 영역(904) 외부로 향하고 대향하는 가장자리의 검출기에 도달하지 않을 것이다.
본 발명의 하나의 실시예에 따른 광센서에 사용되는 렌즈의 예시도인 도 9-12를 참조할 수 있다. 도 9는 렌즈 구조(309-312) 및 그 단면에 의해 둘러싸인 검출 영역(904)을 갖는 터치스크린을 도시한다.
도 10은 도 9의 터치스크린의 렌즈 구조(309)를 도시한다. 이 렌즈 구조는 일련의 광 이미터 위에 장착되며 각 이미터로부터의 광을 세 개의 별도 빔으로 분할한다. 도 10은 집속 렌즈(324 및 325), 및 광을 별도의 빔으로 분할하는 렌즈(327 및 328)를 도시한다.
도 11은 집속 렌즈(325) 중 하나 및 광을 3개의 개별 빔으로 분할하는 3개의 화살표로 표시된 반복되는 3-패싯 패턴을 갖는 렌즈(327)의 관련 부분을 도시한다. 각각의 이미터에 대해 3개가 아닌 2개의 빔으로 구성된 센서에서, 렌즈(327)는 2개의 발산 빔을 생성하기 위해 2개의 방향으로 패싯의 반복되는 톱니 패턴을 가진다.
도 12는 터치 검출 영역의 코너 부근의 렌즈 구조(309)의 섹션을 도시한다. 이 섹션은 집속 렌즈(324) 및 광을 분할하기 위한 관련 렌즈(328)를 포함한다. 이 렌즈는 검출 영역의 코너 근처에 있기 때문에, 렌즈(328)는 최우측 빔이 검출 영역의 대향하는 가장자리에 있는 검출기에 도달하도록 광을 지향시키도록 구성되며, 일부 실시예에서 이 섹션은 광을 다른 섹션보다 더 적은 수의 빔으로 분할한다. 특정 실시예에서, 렌즈의 이 섹션은 다른 섹션보다 작고, 따라서 스크린의 가장자리가 다른 스크린 섹션보다 더 적은 중첩 빔에 의해 덮이기 때문에 다른 섹션보다 더 집중된 광 빔을 생성하도록 구성된다.
본 발명의 실시예에 따른 광학 터치스크린 검출 영역의 간략도인 도 13을 참조할 수 있다. 도 13은 본 발명의 실시예에 따른 검출 영역(904)을 둘러싼 렌즈(308-311)의 프레임을 도시한다. 렌즈 어레이(308)의 각 렌즈는 검출 영역(904)을 가로질러 각각의 이미터(100-107)로부터의 빔을 지향시킨다. 렌즈 어레이(310)의 각 렌즈는 들어오는 광을 각각의 검출기(200-208)로 지향시킨다. 검출기(200-208)의 수는 이미터와 검출기가 시프트-정렬되기 때문에 대향하는 이미터(100-107)의 수보다 많다. 이는 렌즈 어레이(308)가 8개의 전체 렌즈를 특징으로 하는 반면, 어레이(310)의 양 끝에 7개의 전체 렌즈 및 2개의 하프 렌즈를 특징으로 하는 렌즈 어레이(310)로부터 명백하다. 렌즈 어레이(309)의 각 렌즈는 검출 영역(904)을 가로지르도록 각각의 이미터(108-121)로부터의 광 빔을 지향시킨다. 렌즈 어레이(311)의 각각의 렌즈 또는 양쪽 끝에 있는 절반 렌즈는 들어오는 광을 각각의 검출기(209-223)로 지향시킨다. 검출기(209-223)의 수는 이미터와 검출기가 시프트-정렬되기 때문에 대향하는 이미터(108-121)의 수보다 많다. 이는 렌즈 어레이(309)가 14개의 풀 렌즈를 특징으로 하는 반면, 어레이(311)의 양 끝에 13개의 풀 렌즈 및 2개의 하프 렌즈를 특징으로 하는 렌즈 어레이(311)로부터 명백하다. 도 5 및 6을 참조하여 전술한 바와 같이, 각각의 이미터로부터의 광은 다수의 분리된 형상의 빔으로 분할되고, 각각의 빔은 검출 영역(904)의 대향하는 가장자리를 따라 2개의 이웃하는 검출기에 도달한다. 이미터-검출기 쌍은 하나의 이미터에서 대향하는 하나의 검출기에 도달하는 광 빔의 일부를 의미한다. 다음 도면은 본 발명의 실시예에 따라 검출 정보를 제공하는 다양한 이미터-검출기 쌍을 나타내기 위해 이들 부분을 도시한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 광학 터치스크린에서 부분적으로 중첩되는 중앙 광 빔의 간략도인 도 14-16을 참조할 수 있다. 도 14는 빔 부분(500-513)의 제1 세트, 즉, 각각의 이미터로부터의 중앙 빔의 좌측 부분을 도시한다. 이들 빔 부분은 제1 세트의 이미터-검출기 검출 채널을 제공한다.
도 15는 빔 부분(514-527)의 제2 세트, 즉, 각 이미터로부터의 중앙 빔의 우측 부분을 도시한다. 이들 빔 부분은 이미터-검출기 검출 채널의 제2 세트를 제공한다.
도 16은 도 14 및 15에 도시된 빔 부분(500-527)에 의한 검출 영역(904)의 커버리지를 도시한다. 도 16은 검출 영역(904)의 대부분이 2개의 빔 부분, 즉, 두 개의 검출 채널에 의해, 하나의 검출 채널에 의해서만 커버되는 검출 영역(904)의 외부 가장자리에서의 두 개의 좁은 삼각형 섹션을 제외하고 커버된다. 이미터(100-107)에서 검출기(200-208)로 이동하는 수평 빔에 대해 유사한 커버리지 맵이 존재한다.
본 발명의 하나의 실시예에 따른 광학 터치스크린에서 부분적으로 중첩되는 좌측으로 기울어지는 광 빔의 간략도인 도 17-19가 참조될 수 있다. 도 17은 빔 부분(528-539)의 제3 세트, 즉 각 이미터로부터의 좌측으로 기울어지는 빔의 좌측 부분을 도시한다. 이들 빔 부분은 이미터-검출기 검출 채널의 제3 세트를 제공한다.
도 18은 빔 부분(540-551)의 제4 세트, 즉 각 이미터로부터의 좌측으로 기울어지는 빔의 우측 부분을 도시한다. 이러한 빔 부분은 이미터-검출기 검출 채널의 제4 세트를 제공한다.
도 19는 좌측으로 기울어지는 빔, 즉, 도 17 및 18에 도시된 빔 부분(528-551)에 의한 검출 영역(904)의 추가적인 커버리지를 도시한다. 도 19는 검출 영역(904)의 대부분이 2개의 빔 부분, 즉, 두 개의 검출 채널에 의해, 좌측으로 기울어지는 빔(528)의 최좌측 가장자리를 따르는 제1 좁은 삼각형 섹션 및 하나의 검출 채널에 의해서만 커버되는 좌측으로 기울어지는 빔(551)의 최우측 가장자리의 더 넓은 삼각형 섹션을 제외하고 커버됨을 나타낸다. 도 19는 또한 이들 좌측으로 기울어진 빔에 의해 커버되지 않는 검출 영역(904)의 외부 가장자리에 있는 2개의 삼각형 섹션을 도시한다. 이미터(100-107)에서 검출기(200-208)로 이동하는 수평 빔에 대해 유사한 커버리지 맵이 존재한다. 도 19는 예시된 검출 채널(528-551)을 제공하는데 활성인 이미터 시리즈(921) 및 검출기 시리즈(920)를 나타낸다.
도 20-22는 본 발명의 실시예에 따른 광학 터치스크린에서 부분적으로 중첩되는 우측으로 기울어지는 광 빔의 간략도이다. 도 20은 빔 부분(563-574), 즉, 각 이미터로부터의 우측으로 기울어지는 빔의 좌측 부분의 제5 세트를 도시한다. 이들 빔 부분은 이미터-검출기 검출 채널의 제5 세트를 제공한다.
도 21은 제6 세트의 빔 부분(575-586), 즉 각 이미터로부터의 우측으로 기울어진 빔의 우측 부분의 제6 세트를 도시한다. 이들 빔 부분은 이미터-검출기 검출 채널의 제6 세트를 제공한다.
도 22는 우측으로 기울어진 빔, 즉, 도 20 및 21에 나타난 빔 부분(563-586)에 의해 검출 영역(904)의 추가 커버리지를 보여준다. 도 22는 검출 영역(904)의 대부분이 2개의 빔 부분, 즉, 두 개의 검출 채널에 의해, 우측으로 기울어지는 빔(586)의 최우측 가장자리를 따르는 제1 좁은 삼각형 섹션 및 하나의 검출 채널에 의해서만 커버되는 우측으로 기울어지는 빔(563)의 최좌측 가장자리의 더 넓은 삼각형 섹션을 제외하고 커버됨을 나타낸다. 도 22는 또한 이들 우측으로 기울어진 빔에 의해 커버되지 않는 검출 영역(904)의 외부 가장자리에 있는 2개의 삼각형 섹션을 도시한다. 이미터(100-107)에서 검출기(200-208)로 이동하는 수평 빔에 대해 유사한 커버리지 맵이 존재한다. 도 22는 예시된 검출 채널(563-586)을 제공하는데 활성인 이미터 시리즈(923) 및 검출기 시리즈(922)를 나타낸다.
도 23 및 24는 본 발명의 실시예에 따라 도 14-22의 빔을 특징으로 하는 터치스크린의 상이한 부분에서 터치 검출을 위해 제공되는 중첩되는 광 빔의 수의 간략도이다. 도 23은 도 14-22를 참조하여 상기에서 논의된 검출 채널의 6개 세트 모두가 조합될 때 검출 영역(904)의 커버리지를 보여준다. 검출 영역(904)의 중앙 부분은 검출 빔의 6개의 세트(중앙, 좌측 기울기 및 우측 기울기 빔)로부터의 다중 검출 신호에 의해 커버된다. 그러나, 도 23은 3세트 또는 4세트의 검출 신호만으로 커버되는 검출 영역(904)의 가장자리 근방의 영역, 및 1개 또는 2개의 검출 신호만으로 커버되는 영역을 나타낸다.
도 24는 도 23에 도시된 실시예에서 검출 영역(904)의 상이한 부분을 커버하는 검출 채널의 수를 나타낸다. 검출 채널의 수는 1 내지 6이다. 검출 채널의 유사한 맵이 이미터(100-107)에서 검출기(200-208)까지의 수평 빔에 적용된다.
본 발명의 하나의 실시예에 따른 광학 터치스크린에서 부분적으로 중첩되는 좌측으로 기울어지는 광 빔에 대한 단순화된 개략도인, 도 25-27이 참조된다. 도 25는 각각의 이미터와 이미터의 대향하는 편에서 4.5 렌즈 피치 만큼 오프셋된 각각의 검출기 사이의 검출 채널을 도시하고, 도 26은 각각의 이미터와 이미터와 대향하는 편에서 3.5 렌즈 피치 만큼 오프셋된 각각의 검출기 사이의 검출 채널을 도시하고, 도 27은 이들 2개의 검출 채널에 의해 커버되는 결합된 영역을 도시한다. 도 27은 예시된 검출 채널(600-619)을 제공하는데 활성인 이미터 시리즈(925) 및 검출기 시리즈(924)를 나타낸다.
도 28 및 29는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 광학 터치스크린에서 부분적으로 중첩되는 맨 우측으로 기울어지는 광 빔의 간략도이다. 도 28은 각각의 이미터와 이미터의 대향하는 편에서 렌즈 피치 -3.5만큼 오프셋된 각각의 검출기 사이의 검출 채널을 도시하고, 도 29는 각각의 이미터와 이미터의 대향하는 편에서 -4.5 렌즈 피치만큼 오프셋된 각각의 검출기 사이의 검출 채널을 도시한다.
도 30 및 31은 본 발명의 하나의 실시예에 따른, 도 4, 14, 15 및 25-29의 빔을 특징으로 하는, 터치스크린의 상이한 부분에서의 터치 검출을 위해 제공되는 다수의 중첩되는 광 빔의 개략도이다. 도 30 및 31은 도 4, 14, 15 및 25-29에 예시된 빔을 이용하는 검출 영역의 상이한 부분을 커버하는 채널의 수를 나타낸다. 도 30 및 31은 검출 영역의 외곽 부분이 검출 영역의 중앙 부분보다 더 적은 수의 검출 채널을 갖는 것을 나타낸다. 도 30 및 31은 예시된 검출 채널(600-619)을 제공하는 데 활성인 이미터 시리즈(925, 927) 및 검출기 시리즈(924, 926)를 나타낸다.
도 32 및 33은 본 발명의 실시예에 따라 스크린을 가로지르는 외부 및 내부 빔에 대해 서로 다른 광소자를 갖는 광학 터치스크린의 간략도이다. 도 32는 도 5의 빔(484 및 486)과 유사한 빔에 의해 검출 영역의 외부 가장자리를 따라 제공되는 검출 채널을 도시한다. 도 30 및 31에 도시된 시스템에 이들 빔을 추가하는 것이 검출 영역의 외부 가장자리 관련 부분에 추가적인 검출 채널을 제공한다.
도 33a 및 33b는 도 32에 도시된 추가 빔 및 채널이 검출 영역의 가장자리를 따라 제공될 때 도 30 및 31의 시스템에서 검출 채널 커버리지의 두 개의 뷰이다. 도 33a는 색상으로 구분되어 있고, 도 33b는 텍스트와 화살표를 사용하여 터치스크린의 각 섹션에 대한 검출 채널의 수를 나타낸다. 도 33a 및 33b는 검출 영역의 일부가 최대 9개의 검출 채널을 갖는 것을 나타낸다. 더 큰 이미터-검출기 오프셋을 갖는 추가 빔은 렌즈 및 이미터-검출기 활성화 시퀀스를 수정함으로써 광학 센서에 추가될 수 있으며, 이러한 시스템도 본 발명의 범위 내에 있다.
전술한 바와 같이, 각각의 이미터로부터의 광을 추가 빔으로 분할하는 것은 정밀도를 추가하고 고스트 터치를 더 잘 구별할 수 있게 한다. 본 발명의 실시예에 따라 각각의 이미터 빔을 3개가 아닌 2개의 발산 빔으로 분할하도록 구성된 렌즈를 갖는 터치스크린에 대한 터치스크린의 상이한 부분에서 터치 검출을 위해 제공되는 중첩되는 광 빔의 수를 간략히 도시한 도 34가 참조될 수 있다. 도 34는 각 이미터로부터의 광이 4개의 빔, 즉, 도 6의 2개의 빔(484 및 485) 및 빔(484)의 좌측의 하나의 빔과 빔(485)의 우측의 또 다른 빔으로 분할될 때 터치스크린의 각 부분을 커버하는 빔 또는 검출 채널의 수를 도시한다.
터치스크린의 가장자리 부분은 스크린의 중앙보다 더 적은 빔 또는 검출 채널을 가진다. 또한, 스크린 가장자리를 따라 사용할 수 있는 채널 수가 적기 때문에 모서리 근처의 이미터로부터의 광의 더 작은 부분이 터치 검출에 사용된다. 따라서, 본 발명의 특정 실시예에서, 스크린 가장자리를 따라 스크린을 가로지르는 광 채널은 더 넓게 성형되고 따라서 스크린 중앙에 있는 채널보다 더 많은 신호 강도를 포함한다. 이를 위해서는 스크린 모서리 근처의 렌즈가 다른 렌즈보다 길어야 하며, 광 채널이 다른 광 채널보다 모서리 근처 가장자리의 더 큰 부분에 퍼져 있어야 한다. 터치 위치를 계산할 때, 각 빔에는 중심선을 기준으로 좌표가 지정되고 이 모든 좌표의 가중 합은 신호가 차단된 양에 따라 계산된다. 따라서 가장자리 빔에도 좌표가 할당되어 다른 빔과 동일하게 가중 평균에 추가된다. 스크린의 가장자리 근처의 더 큰 렌즈와 더 넓은 빔의 결과로 인해 스크린의 가장자리 근처의 빔 중심선과 이의 이웃하는 빔 사이의 거리가 다른 이웃하는 빔의 중심선들 간 거리보다 크다.
전술한 명세서에서, 본 발명은 그의 특정한 예시적인 실시예를 참조하여 설명되었다. 그러나, 본 발명의 보다 넓은 사상 및 범위를 벗어나지 않고 특정 예시적인 실시예에 대해 다양한 수정 및 변경이 이루어질 수 있음이 명백할 것이다. 따라서 본 명세서 및 도면은 한정적인 의미가 아닌 예시적인 것으로 간주되어야 한다.

Claims (7)

  1. 물체의 위치를 검출하기 위한 광학 센서로서,
    사각형 검출 영역의 대향하는 두 개의 가장자리를 따라 배열된 복수의 렌즈,
    상기 렌즈 아래 장착된 회로 기판,
    상기 사각형 검출 영역의 대향하는 두 개의 가장자리 중 특정 하나를 따라 상기 회로 기판 상에 장착된 복수의 광 이미터 - 각각의 광 이미터는 상기 복수의 렌즈의 각각의 렌즈를 통해 광 빔을 투사시키도록 작동화될 때 동작 가능하고, 상기 렌즈는 각각의 광 이미터로부터 투사된 광 빔을 상기 사각형 검출 영역을 가로질러 상기 특정 가장자리에 대향하는 상기 사각형 검출 영역의 가장자리를 따라 배열된 각각의 복수의 렌즈로 지향되는 복수의 확산 광 빔으로 분할하도록 구성되며, 각각의 지향된 빔의 광 강도가 지향된 빔의 중심을 따라 최대화되고 따라서 각각의 지향된 빔 내 광 강도의 분포가 알려져 있음 - ,
    상기 특정 가장자리에 대향하는 사각형 검출 영역의 가장자리를 따르는 회로 기판 상에 장착된 복수의 광 검출기 - 각각의 검출기는 상기 특정 가장자리에 대향하는 사각형 검출 영역의 가장자리를 따라 배열된 상기 복수의 렌즈의 각각의 렌즈를 통해 사각형 검출 영역을 가로질러 지향되는 광 빔을 수신함 - , 및
    상기 광 검출기로부터 출력을 수신하고, 각각의 지향된 빔 내 광 강도의 알려진 분포 및 수신된 출력에 기초하여 사각형 검출 영역 내 물체의 위치를 계산하는 프로세서를 포함하는, 광학 센서.
  2. 제1항에 있어서, 상기 복수의 광 이미터는 상기 복수의 광 검출기에 대해 시프트-정렬(shift-align)되는, 광학 센서.
  3. 제1항에 있어서, 상기 렌즈는 상이한 폭의 광 빔이 직사각형 검출 영역을 가로질러 상기 렌즈에 의해 지향되도록 설계되는, 광학 센서.
  4. 제3항에 있어서, 상기 복수의 렌즈 중 상기 사각형 검출 영역의 모서리 근처에 배열된 렌즈는 광 빔을 복수의 렌즈 중 나머지 렌즈에 의해 사각형 검출 영역을 가로질러 지향된 광 빔보다 좁은 사각형 검출 영역을 가로질러 지향시키도록 렌즈가 설계되는, 광학 센서.
  5. 제4항에 있어서, 복수의 렌즈 중 사각형 검출 영역의 모서리 근처에 배열된 렌즈는 상기 복수의 렌즈의 나머지 렌즈보다 작은, 광학 센서.
  6. 제1항에 있어서, 상기 복수의 렌즈 중 사각형 검출 영역의 모서리 근처에 배열된 렌즈는 상기 복수의 렌즈 중 나머지 렌즈보다 각각의 광 이미터로부터의 광 빔을 더 적은 확산 광 빔으로 분할하도록 설계되는, 광학 센서.
  7. 제1항에 있어서, 상기 렌즈는 복수의 확산 광 빔을 부채꼴로 확산시키며, 각각의 부채꼴은 꼭지각을 가지며, 상기 복수의 렌즈 중 사각형 검출 영역의 모서리 근처에 배열된 렌즈는 상기 복수의 렌즈의 나머지 렌즈에 의해 생성되는 광 빔의 부채꼴의 꼭지각보다 작은 꼭지각을 갖는 광 빔의 부채꼴을 발생시키는, 광학 센서.
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