KR20060117958A - 발광 스타일러스 및 이것을 사용한 사용자 입력 장치 - Google Patents

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KR20060117958A
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베르나르드 오. 지간
마이클 제이. 로브레츠
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쓰리엠 이노베이티브 프로퍼티즈 컴파니
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Abstract

본 발명은 광 검출기들의 어레이 및 광검출기들에 의해 검출가능한 광빔을 방출하도록 구성된 발광 스타일러스를 포함하는 사용자 입력 장치를 제공한다. 광빔은 검출기들의 평면에서 충분히 넓기 때문에 적어도 2개의 검출기들이 모든 관심 위치들에 대해 조명된다. 이것은 광빔 위치가 검출기들 사이의 간격에 의해 간단히 예상될 수 있는 것보다 큰 위치 해상도를 얻도록 보간되는 것을 가능하게 한다. 보간은 단면 강도의 공지된 변화를 갖는 광빔을 사용함으로써 더 보조될 수 있다. 본 발명은 또한 광빔 단면의 검출된 형상을 광빔 단면의 공지된 형상과 비교함으로써 스타일러스의 방위를 결정하는 것을 제공한다.
광검출기, 광빔, 발광 스타일러스, 단면 강도

Description

발광 스타일러스 및 이것을 사용한 사용자 입력 장치{LIGHT EMITTING STYLUS AND USER INPUT DEVICE USING SAME}
본 발명은 발광 스타일러스 및 사용자 입력 장치에서의 발광 스타일러스의 사용에 관한 것이다.
터치 센서들은 점차 사용자가 전자 시스템, 일반적으로 정보를 열람하기 위한 디스플레이들을 포함하는 것들과 직관적으로 상호작용하기 위한 흔한 수단이 되고 있다. 많은 애플리케이션들에서, 정보는 터치-감지 영역을 통해 열람되기 때문에 사용자는 디스플레이된 정보와 직접 상호작용하는 것처럼 보인다. 입력 장치의 기술에 따라, 사용자는 손가락 또는 스타일러스와 같은 몇몇 다른 터치 도구를 사용하여 장치와 상호작용할 수 있다. 스타일러스가 사용되는 경우, 스타일러스는 수동적인 물체(일반적으로, 예를 들어, PDA(personal digital assistant) 또는 기타 핸드헬드 장치에서 저항 터치 스크린들과 사용되는 것들) 또는 능동적인 물체(일반적으로, 서명 캡쳐 장치들과 사용되는 것들)일 수 있다. 능동 스타일러스는 터치 위치 또는 기타 정보를 결정하기 위해 송신, 수신, 또는 둘다에 관계없이, 입력 장치와 신호들을 전달할 수 있다. 능동 스타일러스들은 무선 주파수 신호들을 송신 또는 수신하는 것(RF 펜들), 유도 신호 캡쳐를 위해 자기장을 사용하는 것(유 도성 펜들), 및 광을 방출 또는 수신하는 것(광펜)을 포함한다.
<요약>
본 발명은 입력 장치의 입력면을 통해 전달된 광을 감지하도록 배치된 광감지 장치들의 평면 어레이 - 가장 가까운 인접 광감지 장치들은 중심간 거리가 최대 거리 이하임 - , 및 장치들에 의해 검출가능한 광빔을 방출하도록 구성된 스타일러스 - 상기 광빔은 빔 프로파일에 걸친 강도 변화에 의해 특징지어지는 공지의 형상을 갖는 단면 프로파일을 나타냄 - 를 포함하는 광감지 사용자 입력 장치를 제공한다. 광빔은 스타일러스가 입력면과 접촉하고 있는 경우에 최대 거리보다 큰 장치들의 평면에서의 사이즈를 나타낸다. 입력 장치는 또한 장치들에 결합되고, 최대 거리보다 작은 간격 내에서 광빔의 위치를 결정하도록 구성된 전자 기기를 포함한다.
본 발명은 입력면에서 광빔의 위치를 결정하는 방법을 더 제공한다. 상기 방법은 입력면을 통해 전달된 광을 감지하도록 배치된 광감지 장치들의 동일 평면 어레이를 제공하는 단계; 공지된 강도 변화를 갖는 단면 프로파일에 의해 특징지어지는 공지된 형상을 갖는 광빔을 방출하는 단계를 포함하고, 상기 광빔은 굉빔이 입력면을 통해 지향되는 경우에 적어도 2개의 광감지 장치들에 의해 광빔이 검출되기에 충분한 스폿 사이즈를 갖는다. 상기 방법은 또한 적어도 2개의 광감지 장치들에 의해 광빔을 검출하는 단계, 및 광빔의 공지된 강도 변화를 이용하여 검출 단계시 측정되는 신호들을 보간함으로써 가장 가까운 인접 광감지 장치들 사이의 중심간 거리보다 작은 광빔의 위치를 정확하게 결정하는 단계를 포함한다.
본 발명의 상기 요약은 각각의 개시된 실시예 또는 본 발명의 모든 구현을 기술하도록 의도되지 않는다. 이어지는 도면 및 상세한 설명은 보다 상세하게 이러한 실시예들을 예시한다.
본 발명은, 상이한 도면에서의 동일한 참조 부호들의 사용이 실질적으로 동일하지만 반드시 동일한 요소를 나타내지는 않는 첨부 도면을 참조하여, 발명의 각종 실시예들의 이하 상세한 설명을 고려한다면 보다 완전히 이해될 수 있다.
도 1은 본 발명에 따라 사용되는 사용자 입력 장치의 측면도를 개략적으로 도시하는 도면.
도 2는 도 1에 도시된 장치의 평면도를 개략적으로 도시하는 도면.
도 3은 본 발명에 따라 사용되는 다른 사용자 입력 장치의 측면도를 개략적으로 도시하는 도면.
도 4a는 각종 대표적인 광빔들의 강도 프로파일들을 도시하는 도면.
도 4b는 도 4a에 나타낸 광빔들 중 하나의 단면 빔 강도 프로파일을 도시하는 도면.
도 5는 도 3에 도시된 장치의 평면도를 개략적으로 도시하는 도면.
도 6은 본 발명에 따라 사용되는 또 다른 사용자 입력 장치의 측면도를 개략적으로 도시하는 도면.
도 7은 도 6에 도시된 장치의 평면도를 개략적으로 도시하는 도면.
도 8은 본 발명의 사용자 입력 시스템의 블럭도.
도 9는 본 발명에 의해 사용되는 다른 사용자 입력 장치의 측면도를 개략적으로 도시하는 도면.
본 발명은 각종 변경 및 대안의 형태들로 보정가능하고, 그 상세는 도면에 예로서 도시되어 있고 상세히 설명될 것이다. 그러나, 발명을 기술된 특정 실시예들로 제한하도록 의도되지 않는다는 것을 이해해야 한다. 반대로, 발명의 정신 및 범위 내에 있는 모든 변경들, 등가물들, 및 대안들을 포함하도록 의도된다.
본 발명은 광 디지타이저에 의해 위치 및 상태들이 측정될 수 있는 발광 스타일러스에 관한 것이다. 광빔 사이즈 및 형상은 광 센서들의 어레이를 사용하여 정확하고 해상도가 높은 위치 결정을 제공하도록 적응될 수 있다.
본 발명은 사용자 입력 장치에서 유용한 발광 스타일러스를 제공하는데, 스타일러스는 이하의 특징들 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 본 발명은 모든 관심 위치들에 빔을 위치시키기 위해 이웃하는 인접 광 센서들 사이의 거리보다 큰 스폿 사이즈를 갖는 광빔을 방출하는 스타일러스를 제공한다. 본 발명은 공지된 패턴에서는, 약간 초점이 흐려진 광빔이 중심에서 가장 밝고 제로로 감소하는 강도 프로파일을 갖는 등의, 공지된 가변 강도 프로파일을 방출하는 스타일러스를 제공한다. 그러한 스타일러스를 사용하면, 2 이상의 인접 광 센서들은 빔의 중심 부근에 비례하는 양의 광을 검출할 수 있기 때문에, 빔 중심의 위치들의 보간을 허용하면 광 센서들 사이의 거리가 주어지는 경우에 예상될 수 있는 것보다 큰 해상도를 얻을 수 있다. 본 발명은 광빔의 각도, 및 그에 따른 스타일러스의 각도를 빔의 공지된 어스펙트비와 비교하여, 광 센서들의 평면에서의 빔 형상의 어스펙트비를 사용하여 측정할 수 있는 시스템을 제공한다. 이러한 각도, 및 빔 중심의 위치는 스타일러스의 위치를 찾아내는데 사용될 수 있다. 이것은 디지타이저 표면이 광감지면으로부터 상당한 거리에 있는 경우에 패럴랙스(parallax) 에러들을 설명하고 보정하기 위해 특히 유용할 수 있다. 스타일러스, 및 이에 따라 사용자의 손의 위치를 인지하는 것은 또한 사용자가 정보를 볼 수 있도록 정보를 표시할 장소를 결정하는 등의 다른 목적에 유용할 수 있다.
도 1은 입력면(16)을 갖는 상부 기판(15), 하부 기판(18), 검출기들(48)을 포함하는 광검출기 어레이(19), 및 기판간 갭(17)을 포함할 수 있는 디지타이저(11)를 포함하는 입력 장치(10)를 도시한다. 디지타이저(11)는 또한 디스플레이, 예를 들어, 광검출기들이 부가적으로 제공되는 AMLCD(active matrix liquid crystal display), 광검출기들이 디스플레이의 화소 트랜지스터들인 액정 표시 장치(LCD), 발광 화소들도 광검출기들로서 기능하는 OLED(organic electroluminescent display) 등으로서 기능할 수 있다. 본 발명에 사용하기에 적합한 디지타이저들의 예들은 이하의 공보들에 개시된 것들을 포함하는데, 이들 각각은 전체적으로 복제된 것과 같이 전체가 본 문서에 포함된다: WO 03/071345; WO 03/058588; U.S.Pat. 6,337,918; U.S.Pat. 5,838,308; JP 10-187348; UP 10-283113; JP 58-086674; JP 60-198630; JP 60-200388; JP 61-006729; JP 61-075423; JP 11-282628; 및 JP 2003-66417.
도 1은 또한 각각 높게 초점이 맞추어진 레이저형 빔(30 및 31)을 각각 방출하는 2개의 동일한 발광 스타일러스들(20 및 21)을 도시한다. 스타일러스들(20 및 21)은 어레이(19)로부터의 거리가 T이다. 스타일러스(20)는 어레이(19)에 대해 수직이고, 스타일러스의 빔(30)의 폭은 적어도 2개의 광검출기들을 동시에 조사하기에 충분하다. 스타일러스(20)의 위치는 스타일러스(20) 바로 아래의 검출기 어레이(19)와 교차하는 광 스폿의 위치를 측정함으로써 결정될 수 있다. 광빔(30)의 검출은 빔(30)을 변조함으로써 향상될 수 있기 때문에 검출된 신호는 주변광 또는 전자 소음으로부터 필터링 및 분리될 수 있다. 광빔(30)은 위치 측정에 영향을 주지 않고, 색, 강도, 듀티 사이클, 분극, 또는 펄스폭 변조를 변경함으로써 변조될 수 있다. 이러한 빔 변조는 또한 팁 트랜스듀서(24), 또는 사이드 스위치(23)의 온/오프 조건(예를 들어, 입력면과 스타일러스의 접촉을 나타냄)과 같은 스타일러스의 상태를 전달하기 위해 사용될 수 있다. 이러한 상태들은 어레이(19)를 통해 측정 시스템(213)에 전달될 수 있다(도 8 참조). 2 이상의 스타일러스들로부터의 고유하게 변조된 빔들은 예를 들어 싱글 디지타이저의 2 이상의 고유 사용자들에 의해 사용되는 스타일러스들을 구별하는데 사용될 수 있다.
사이드 스위치(23) 및/또는 팁 트랜스듀서(24)는 전기적 접촉을 하거나 차단하여 신호를 만드는 압력 활성화 스위치들일 수 있다. 신호는 스타일러스 빔(30)의 변화, 예를 들어 빔 강도, 또는 변조된 빔(30)의 듀티 사이클, 또는 빔(30)의 변조 주파수 또는 빔(30)의 컬러, 또는 빔(30)의 광 분극의 변화일 수 있다. 스타일러스 빔(30)의 변화는 어레이(19)를 통해 측정 시스템(213)으로 전달되며, 그것은 우측 또는 좌측 마우스 클릭, 또는 기타 스타일러스(20)의 상태 변화의 등가물로서 해석될 수 있다.
사이드 스위치(23)는 스타일러스(20)의 본체 그리고 또한 스위치(23)로서 식별되는 전기적으로 분리된 영역에 터치 접촉이 행해지는 경우에 활성화하는 용량성 감지 트랜스듀서일 수 있다. 팁 트랜스듀서(24)는 팁 트랜스듀서(24) 상의 가변 압력에 응답하여 연속적으로 변하는 신호를 출력하는 압력 감지 트랜스듀서일 수 있다. 트랜스듀서(24)로부터의 신호는, 상기한 바와 같이, 빔 강도, 또는 주파수 등의 변화와 같은, 스타일러스 빔(30)의 변화를 야기할 수 있다.
팁 트랜스듀서(24)는 팁 트랜스듀서(24)에 가해지는 압력의 양에 따라, 스타일러스(20)의 광원으로부터의 가변 광량을 어레이(19)에 전달하는 기계적 셔터일 수 있다. 팁 트랜스듀서(24)는 팁 트랜스듀서(24)에 가해지는 압력에 의한 팁(24)의 이동량에 따라, 스타일러스(20)의 광원에서부터 어레이(19)까지의 가변폭 빔을 형성하기 위해 광을 집중시키거나 가이드하는 튜브 또는 이동가능한 렌즈의 형태를 갖는 광 가이드일 수 있다. 빔의 폭 변화들은 도 5에 대하여 기술된 바와 같이 측정될 수 있다.
도 1을 다시 참조하면, 스타일러스(21) 및 그것의 빔(31)은, 스타일러스(21)가 어레이(19)에 수직인 축에 대하여 Λ도의 각도를 갖는 것을 제외하면, 스타일러스(20) 및 빔(30)과 동일하다. 스타일러스(21)와 어레이(19) 사이의 이러한 각도와 거리 T에 의해, 표면(16)을 갖는 스타일러스(21)의 접촉점과 광빔(31)이 검출기 어레이(19)와 교차하는 지점 사이의 거리 E가 발생한다. 스타일러스(21)의 위치가 빔(31)과 어레이(19)의 교점으로서 측정되었으면, 거리 E는 에러를 나타낼 것이다. 스타일러스 빔(31)의 각도 Λ가 측정될 수 있고, 거리 T가 공지되어 있는(또는 측정될 수 있는) 경우에 에러 E가 측정 및 보정될 수 있다.
도 2는 중심간 거리를 수평으로는 MD 그리고 수직으로 ND만큼 둔 광검출기들(48)의 어레이(19)의 평면도를 도시한다. 도시된 바와 같이, ND=MD이나, 이러한 조건이 그 경우일 필요는 없다. 본 발명은 검출기들의 선형 어레이, 육선형 어레이, 직사각형 어레이, 또는 다른 기타 적합한 어레이 또는 분포를 포함하는 광검출기들의 어레이 또는 분포를 고려한다. 도 2는 WO 03/058588에 개시된 것과 같은 광 감지를 위해 구성된 OLED 디스플레이들을 예시하는 등의 비교적 높은 검출기 강도를 나타내도록 되어 있다. 또한 스타일러스 빔(30 및 31)에 의해 각각 조사된 광 스폿(40 및 41)이 도시된다. 이격된 검출기 어레이(19) 절반의 해상도(이 경우에는 M/2)는, 빔이 2개의 검출기들의 적어도 일부들을 X와 Y 방향 각각에서 동시에 조사하는 경우에 실현될 수 있다. 어레이(19) 내의 각 광검출기는 다수의 광 레벨들을 측정하기 때문에, 광 레벨들의 보간을 이용하여 검출기간 거리 M보다 정밀한 해상도로 2M 직경보다 더 큰 직경을 갖는 스폿의 위치를 찾아내는데 사용될 수 있다. ND와 MD가 동일하지 않은 경우에는, 스폿 직경이 대략 ND와 MD중 큰 것 이상이 되게 하는 것이 바람직할 수 있다. 빔스폿(40)은 원형으로 도시되지만, 특히 스폿 형상 및 강도 분포가 알려져 있다면 임의의 스폿 형상을 이용할 수 있다는 것을 이해할 것이다.
스폿(41)은 검출기 어레이(19)의 평면으로부터 Λ도의 각도로 배향된다. 결과의 스폿(41)은 빔(31)의 직경과 동일한 최소 폭 D를 갖는 타원형이다. 타원의 긴 치수 L은 다음 식으로 결정된다.
Figure 112006036821886-PCT00001
그리고 Λ는 L과 D로부터 산출될 수 있다.
Figure 112006036821886-PCT00002
스타일러스 빔각이 45°이면 L=1.41*D이다. 따라서, 길이대 폭의 비율과 타원형 스폿(41)의 긴 치수의 방위를 사용하여 스타일러스(21)의 틸트각 Λ와 틸트축을 측정할 수 있다. 수학식 2로부터의 각도 Λ 및 공지의 거리 T가 주어지면, 에러 E의 크기는 수학식 3에 의해 계산될 수 있다.
Figure 112006036821886-PCT00003
에러 E의 크기는 수학식 3으로부터 계산될 수 있다. 타원형 스폿(42)의 장축 L과, 이에 따른 에러 E는 센서 어레이(19) 측정들 및 간단한 화상 인식 알고리즘들로부터 직접 결정될 수 있다. 그러나, 에러 E의 방향은 직접적이고, 정적인 측정으로부터 결정될 수 없다. 예를 들어, 스폿(41)은 스타일러스(21)로부터 위치 Q 또는 위치 W에서 발생할 수 있다. 실제 스타일러스 위치는 여러 방법들 중 하나 이상을 적용함으로써 결정될 수 있고, 방법의 예들은 이하에 설명된다.
스타일러스(21)는 일반적으로 핸드헬드형일 것이므로 스타일러스(21)의 틸트각 Λ는 일반적으로 스타일러스를 보유하는 손이나 손가락의 방향에 있을 것이다. 사용자와 손은 일반적으로 디지타이저 어레이(19)의 바닥쪽으로 향하기 때문에, 손과 (일반적으로) 스타일러스(21)는 지점 Q보다 지점 W에 가까이 배치된다. 이러한 방법은 사용자에 대해 입력 장치의 방위가 항상 알려지는 시스템에서 적절할 수 있다.
디지타이저 어레이(19)는 광을 감지하기 때문에, 광 스폿(31)에 대하여, 스타일러스(21) 및 손이나 손가락에 의한 음영(47) 캐스트(cast)를 측정함으로써 손의 위치를 결정할 수 있다. 스폿(31)의 우측에 대한 음영(49)(도 1에 도시된 바와 같음)은, 스타일러스(21)가 지점 Q보다는 지점 W에 가깝게 위치되는 것을 나타낸다. 이러한 방법은 스타일러스 또는 손으로부터의 음영을 캐스트할 충분한 주변광이 있는 시스템들에서 적당할 수 있다.
또한, 스폿 이동에 기초하여 손 위치를 추론할 수 있다. 통상의 기입시, 스타일러스가 가리키고 있는 방향으로 스타일러스를 밀어서 매우 소수의 스트로크(특히 직선 스트라이크)를 만든다. 대부분의 스트로크들은 옆으로, 또는 스타일러스가 기울어져 있는 방향으로 스트일러스 팁을 당김으로써 만들어질 것이다. 따라서, 상대적인 빔 위치들의 최근 이력은 손 위치를 결정하는데 사용될 수 있다.
추가의 방법은 사용자 입력을 하기 전에 사용자가 손 위치 및/또는 장치 방위를 표시하게 하는 단계를 포함한다.
스타일러스 방위를 결정하는 추가의 방법은 검출기들 상에 형성된 스폿의 광 분포에 관한 부가적인 분석을 포함한다. 일반성을 잃지 않고, 가우스 광 분포 또는 원추형 광 분포와 같은 공지의 단면 강도 분포를 갖는 광빔이 임의의 각도로 센서 어레이를 조사하는 경우에, 도 2의 스폿(41)과 같은 타원형 스폿이 형성될 것이다(그리고, 마찬가지로, 스폿(141 및 341)에 대해서는 각각 도 5 및 도 7에 도시된 것과 같음). 타원형 스폿은 일반적으로 스타일러스 틸트 방향으로 지향된 스폿의 절반이 스타일러스 틸트 방향으로부터 멀리 떨어져서 지향된 스폿의 절반보다 통합 강도가 더 높게 되도록 강도 분포를 나타낼 것이다. 따라서, 서로 다른 절반, 사분면, 또는 스폿의 다른 선택 부분들로부터 통합된 강도 분포를 비교하는 것은 스타일러스 틸트 방향을 나타내는데 사용될 수 있다.
위치 에러 보정들을 보조하는 것 이외에, 손과 스타일러스 위치 정보는 다른 목적으로도 사용될 수 있다. 예를 들어, 디스플레이 상의 메뉴 또는 다른 정보를 팝업하는 경우, 스타일러스 또는 손에 의해 열람이 차단될 것 같은 곳에 정보를 배치하는 것이 바람직할 수 있다. 다른 예로서, 다수의 사용자 시스템들에서는, 스타일러스의 결정된 위치 및 방위를 사용하여 어떤 사용자가 정보를 입력하고 있는지를 결정할 수 있다.
도 3은, 스타일러스(120 및 121)가 보다 넓은 영역에 걸친 스폿 패턴들에 광을 방사하는 원추형 빔들을 방출하는 것을 제외하고는, 도 1에 도시된 장치(10)와 유사한 입력 장치(110)를 도시한다. 또한, 센서 어레이(119)는 보다 넓게 이격된 소수의 검출기들(148)을 갖는데, 이것은 국제 공보 WO 03/071345에 개시된 바와 같이, 광검출기들(148)이 광감지 LCD의 일부인 경우일 수 있다. 센서 어레이(119)와 같은 스파스 어레이에서는, 그 축에 걸쳐 공지의 가변 강도를 갖는 넓은 빔이 후술하는 바와 같은 이점을 갖는다.
도 4a 및 도 4b는 각종 대표적인 빔 강도 프로파일을 증명하기 위해 사용될 수 있다. 도 4a는 여러 광빔들의 광분포들이 도시된 챠트(100)를 도시한다. 광원(예를 들어, LED) 주위의 복사 강도의 분포는 빔각 Φ라 지칭된다. 최대 복사 강도는 광축 상에 있다. 이것은 일반적으로 광축에 대한 각도 Φ가 증가함에 따라 감소된다. 복사 강도가 최대 값의 50% 이상인 광각의 범위는 하프 강도값이라 지칭된다.
그래프(100)를 참조하면, 선(101)은 하프 강도 각이 제로에 가까운, 날카롭게 초점이 맞추어진 레이저형 빔으로부터 기인한다. 선(102)은 하프 강도 각이 +/-60°인, 비초점의 평면형 LED를 대표한다. 선(103)은 LED 상의 파라볼릭 렌즈들로 실현될 수 있고, 하프 강도 각이 +/-25°로 된다. 도 4b의 그래프(90)는 선(103)의 다른 모습을 도시하는데, 광원의 상대 복사 강도가 25°의 하프 강도 각을 갖는다. 이러한 공지의 빔 강도 프로파일은 이어지는 설명에서 기술되는 바와 같이 사용될 수 있다.
도 3을 다시 참조하여, 스타일러스(120)의 빔이 도 4a 및 도 4b의 프로파일(103)에 의해 나타낸 바와 같은 복사 대 각도(radiant versus angle)을 가진다고 생각하자. 이에 의하면, 어레이(119) 상의 광 분포가 빔(130) 중심에서의 최대 광으로부터 거리에 따라 변화하고, 공지된 방식으로 중심으로부터 거리에 따라 감소한다. 어레이(119)와 같은 스파스 어레이와 함께 사용되는 경우, 이러한 광 분포 는 도 1에 도시된 높게 집중된 빔(30 및 31)에 비해 여러 이점들을 갖는다. 어레이(119)와 빔(130)의 교점이 넓을수록, 광은 그 간격이 넓더라도 여러 검출기들(148)을 조사한다. 광 분포는 넓게 이격된 검출기들(148) 사이에서 보다 정확하게 보간하기 위해 사용될 수 있는 정의된 패턴을 가진다. 또한, 스타일러스(120)와 어레이(119) 사이의 거리 변화들에 의해 검출될 수 있는 빔(130)과 어레이(119)이 교차폭이 변할 것이다. 이에 의해 스타일러스(120)의 높이(어레이(119)로부터의 거리)가 측정될 수 있다.
도 5는 스타일러스 빔(130 및 131)에 의해 각각 조사되는 광 스폿(140 및 141)과 어레이(119)의 평면도를 나타낸다. 검출기간 공간들은 수평으로 MS이고 수직으로 NS이며, 여기서 MS=NS이다. G는 인접 광검출기들(148) 사이의 최소 갭폭을 나타낸다. 스폿(42)은 작은 직경, 보다 날카롭게 집중된 레이저형 빔에 의해 형성될 수 있는 스폿의 예이다. 스폿(42) 직경이 검출기간 갭 G(도시함) 이하이면, 스폿은 검출기간 거리 M에 의해 결정되는 해상도를 이용하여 어레이(119) 내의 검출기들에 의해 배치될 수 있다. 스폿(42) 직경이 검출기간 갭 G보다 크면, 2개의 검출기들(140)에 의해 동시에 측정될 수 있고, M/2의 해상도를 사용하여 스폿(42)을 배치하도록 보간을 사용할 수 있다. 스파스 어레이(119)의 검출기간 간격 M은 1mm보다 클 수 있기 때문에, M/2의 해상도는 기입과 같은 일부 스타일러스 응용에 한계가 있을 것이다. 따라서, 보다 넓은 가변 강도 스폿(140)을 생성할 수 있어 보간을 보다 효과적으로 사용할 수 있다.
다시 도 3 및 도 5를 참조하여, 스폿(140)이 도 4a 및 도 4b에 도시된 프로파일(103)에 의해 정의된 광 분포를 갖고, 스폿(140)은 검출기들(142 및 143) 사이에서 절반 정도 집중되어 있다고 생각하자. M=N=1mm, T=3mm라고 하면, 검출기들(142, 143)은 검출기들의 평면에 전달되는 최대광의 약 0.94를 수신할 것이다. 검출기들(144 및 145)은 대략 검출기들(142 및 143)의 최대 0.66, 즉 70%를 수신할 것이다. 검출기들(146 및 147)은 실질적으로 광을 수신하지 않을 것이다. 인접 검출기들 사이에서의 이러한 광 강도들 및 강도 차이들은, 빔 강도 프로파일 및 전체적인 형상이 공지되어 있고 검출된 신호들과 비교될 수 있다는 점에서 검출기들 사이의 고 해상도 보간을 허용한다. 검출된 신호들은 공지된 프로파일 및 형상에 대해 매핑될 수 있어 빔의 중심 위치를 나타낼 수 있다.
타원형 스폿(141)은 어레이(119)에 대하여 각도 Λ2를 가지는 스타일러스(121)로부터 기인한다. 길이 대 폭 비율들을 사용하여 스타일러스(121)의 방위와 각도를 계산할 수 있고, 스타일러스(21)와 타원형 스폿(41)의 관점에서 상술한 것과 유사한 방법들을 사용하여 에러 E2를 계산할 수 있다. 에러 E2는 또한 더 분석될 수 있다. 프로파일(103)에 의해 정의된 광 분포를 갖는 빔은 광축(및 스타일러스 축)의 한쪽에 총 조사의 절반을 갖는 광을 분배할 것이다. 스타일러스 틸트의 방향으로 들어오는 조사는 길이 E2에 걸리는 작은 영역으로 들어올 것이고, 광축의 다른 측에 대한 조사는 보다 넓은 영역을 포함할 것이다. 검출기들(148)에 의해 수집되는 스폿(141)의 영역에서의 총 조명은 50%/50% 분포에 기초하여, 광축의 위치를 결정하기 위해 분석될 수 있다. 다르게는, 광축은 스폿(141)의 측정된 광 분포 대 공지된 광 분포 프로파일(예를 들어, 도 4b의 프로파일(103))을 비교함으로써 배치될 수 있다.
도 6은 디지타이저(311)를 포함하는 입력 장치(310)를 도시한다. 또한 2개의 동일한 발광 스타일러스(320 및 321)가 도시되며, 각각은 환형 빔 패턴으로 집중된 빔(330 및 331)을 방출한다. 스타일러스(320)는 단면이 도시되고, 내부 광원(335), 및 환형의 광 패턴으로 집중시키는 팁(324)을 통해 광원(335)으로부터의 광을 전달하는 관형 광 가이드(336)의 단면을 나타낸다. 스타일러스(321)는 유사한 광패턴을 Λ3의 각도로 투사한다.
도 7은 광검출기들(348)의 어레이(319)의 평면도이다. 또한 스타일러스 빔들(330 및 331)에 의해 각각 조사된 링 모양의 광 스폿(340 및 341)이 도시된다. 링 모양의 스폿(340)은 인접 검출기들 사이의 광 레벨, 및 이에 따른 신호에서 높은 콘트라스트를 나타내면서 비교적 높게 집중된 빔으로 형성될 수 있다는 이점을 가진다. 이러한 콘트라스트는 링의 내부 및 외부 에지들 모두에서 검출될 수 있다. 예를 들어, 검출기(350)는 낮은 광을 검출할 것이고, 검출기(350)에 인접한 8개의 가장 가까운 이웃 검출기들은 보다 높은 광 레벨들을 검출할 것이고, 8개의 검출기들로부터 바깥쪽에 있는 검출기들의 다음 그룹은 낮은 광을 검출할 것이다. 고해상도로 스타일러스 위치를 분해하기 위해 화상 검출 알고리즘을 사용할 수 있다. 스타일러스(330)의 높이는 또한 중심(조명되지 않은) 직경에 대한 링 직경의 비를 이용하여 측정될 수 있다. 타원형의 링모양 스폿(341)의 틸트각 및 축은 도 2의 스폿(41)에 대해 상술된 바와 같이 결정될 수 있다.
손 음영(349) 및 스타일러스 음영(347)은 스타일러스(321)의 틸트각 Λ을 결정하기 위해 사용될 수 있다. 스폿 콘트라스트가 낮은 상황들에서는, 음영(349 및 347)도 스타일러스의 위치를 찾아내기 위해 스폿(341)과 함께 사용될 수 있다.
도시되고 논의된 스폿 강도 프로파일들은 예시적이고 제한적인 것을 의미하지 않는다. 도면에 도시된 것 이외에, 다른 공지된 가변 스폿 강도 프로파일들이 사용될 수 있고, 이것은, 본 문서에 제공된 설명으로부터 당업자가 이해할 본 발명과 함께 사용하도록 기대된다. 상술된 스폿 위치 결정 및 향상된 해상도, 빔각 결정, 스타일러스 방위 결정 등에 대한 기술들은 본 발명에서 유용한 광 센서 어레이들에 의해 검출가능한 특성들을 갖는 임의의 스폿 강도 프로파일에 직접 적용가능하다.
도 8은 광검출기 어레이를 갖는 표시 시스템의 블럭도를 도시한다. 일반적으로, 표시 화소 어레이(210) 및 광검출기 어레이(212)는 공개된 미국 특허 출원 US 2003/0122749 및 국제 공보 WO 03/071345에 개시된 바와 같이 함께 배치된다. 화소 드라이버들(211) 및 광검출기 측정 시스템(213)은 또한 동일한 반도체 장치(들) 내에 통합될 수 있고, 시스템 제어기(218)와 통신할 수 있다. 표시 화소 드라이버들(211)은 종래 기술에 공지되어 있다. 광검출기 측정 시스템(213)은 표시 화소 어레이(210) 내의 각 검출기를 조사하는 광량을 측정할 수 있다. 또한, 주변광을 측정하고 주변광 및 음영들을 구별지을 수 있다. 시스템 제어기는 화소 드라이버들(211)로 전송되는 표시 정보를 산출하고, 또한 광검출기 측정 시스템(213)에 의해 측정되는, 광검출기 어레이(212) 상의 광패턴들의 위치를 산출한다.
도 9는 검출기 어레이(419)를 갖는 디지타이저(411)를 갖는 시스템(410)의 단면도를 도시한다. 어레이(419) 내의 각 검출기(448)는 그 광로 내에 관련 렌즈, 예를 들어 렌즈(452, 453, 454, 455, 456, 457)를 갖는다. 유사한 렌즈 구성이 미국 특허 제6,028,581호에 개시되어 있다. 렌즈(452 내지 457)는 어레이(419) 내의 각 검출기가 렌즈(452 내지 457)와 직경이 동일한 컬럼을 통해 명목적으로 어레이(419)와 수직을 이루는 광을 수신하도록, 상기 디지타이저(411)로부터의 광을 집중시킨다. 스타일러스(421)로부터의 광(431)은 넓은 각도, 예를 들어 170도로 퍼지므로, 많은 검출기에 걸쳐 퍼지고, 도 9에 나타낸 바와 같이 다양한 각도로 검출기들을 스트라이크할 수 있다. 렌즈(452 내지 457)는 그들 각각의 검출기들에 수직광을 전달하므로, 단지 렌즈들(455 및 456) 상에 충돌하는 광만이 임의의 검출기들 상에 집중될 것이다. 따라서, 스타일러스(421)의 팁 위치와 발광 스폿의 중심 사이의 에러 E4는, 스타일러스의 각 Λ으로 인해, 감소될 수 있다.
어레이(419) 내의 각 검출기 위에 있는 렌즈는 또한 어레이(419) 내의 검출기들에 의해 수신된 광 및 음영들의 콘트라스트를 증가시킬 수 있는데, 그 이유는 기울어진 각들에서 디지타이저(411)의 표면(416)에 부딪치는 광이 어레이(419) 내의 검출기들로부터 떨어진 렌즈들에 의해 회절될 것이기 때문이다. 이것은 본 문서에 기재된 스타일러스나 손에 의해 캐스트된 것과 같은 음영들이 스타일러스 및/또는 터치 위치들을 찾아내기 위해 사용되는 경우에 특히 중요하다.
본 발명은 상술한 특정 예들에 제한되는 것으로 생각되어서는 안되고, 첨부된 청구범위에 명백히 개시된 발명의 모든 양태들을 포함하도록 이해되어야 한다. 각종 변경, 등가의 프로세스들 뿐만 아니라, 본 발명이 적용될 수 있는 수많은 구조들은 본 명세서의 검토시 본 발명을 다루는 당업자들에게 용이하게 명백해질 것이다.

Claims (13)

  1. 광감지 사용자 입력 장치에 있어서,
    상기 입력 장치의 입력면을 통해 전달된 광을 감지하도록 배치된 광감지 장치들의 동일 평면 어레이 - 가장 가까운 인접 광감지 장치들은 중심간 거리가 최대 거리 이하임 - ;
    상기 장치들에 의해 검출가능한 광빔을 방출하도록 구성된 스타일러스 - 상기 광빔은 빔 프로파일에 걸친 강도 변화에 의해 특징지어지는 공지된 형상을 갖는 단면 프로파일을 나타내고, 상기 광빔은 상기 스타일러스가 상기 입력면과 접촉하고 있는 경우에 상기 최대 거리보다 큰 상기 장치들의 평면에서의 사이즈를 나타냄 - ; 및
    상기 광감지 장치들에 결합되고, 상기 최대 거리보다 작은 간격 내에서 상기 광빔의 위치를 결정하도록 구성된 전자 기기
    를 포함하는 광감지 사용자 입력 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전자 기기는 상기 광빔의 상기 단면 프로파일의 공지된 강도 변화에 기초한 보간 방법들을 사용하여 상기 광빔의 위치를 결정하도록 구성되는 광감지 사용자 입력 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 광빔의 상기 단면 프로파일은 원형이고, 상기 검출가능한 사이즈는 상기 원형의 직경인 광감지 사용자 입력 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 광빔의 상기 단면 프로파일은 타원형이고, 상기 검출가능한 사이즈는 상기 타원형의 축인 광감지 사용자 입력 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 공지된 강도 변화는 빔 중심에서 가장 높고 상기 빔 중심으로부터 멀어질수록 제로 강도로 계속 약해지는 빔 강도를 포함하는 광감지 사용자 입력 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 공지된 강도 변화는, 상기 빔의 중심으로부터의 강도에 있어서 상기 빔 중심으로부터 멀어질수록 최대 강도로 증가한 후 상기 빔 중심으로부터 거리가 더 멀어질수록 제로 강도로 약해지는 환형 빔 강도 프로파일을 포함하는 광감지 사용자 입력 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 전자 기기는 빔각(beam angle)을 결정하도록 더 구성된 광감지 사용자 입력 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 빔각은 상기 광감지 장치들에 의해 검출된 빔의 측정 형상을 상기 빔의 공지된 형상과 비교함으로써 결정되는 광감지 사용자 입력 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 전자 기기는 스타일러스 틸트(stylus tilt) 방향을 검출하도록 더 구성된 광감지 사용자 입력 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 스타일러스 틸트는 상기 스타일러스 또는 상기 스타일러스를 보유하는 물체에 기인하는 장치들에 대한 음영 캐스트(shadow cast)를 검출함으로써 결정되는 광감지 사용자 입력 장치.
  11. 입력면에서 광빔의 위치를 결정하는 방법으로서,
    상기 입력면을 통해 전달된 광을 감지하도록 배치된 광감지 장치들의 동일 평면 어레이를 제공하는 단계;
    공지된 강도 변화를 갖는 단면 프로파일에 의해 특징지어지는 공지된 형상을 갖는 광빔을 방출하는 단계 - 상기 광빔은 상기 입력면을 통해 상기 광빔이 지향되 되는 경우에 적어도 2개의 상기 광감지 장치들에 의해 상기 광빔이 검출되기에 충분한 스폿 사이즈를 가짐 - ;
    적어도 2개의 상기 광감지 장치들에 의해 상기 광빔을 검출하는 단계; 및
    상기 광빔의 상기 공지된 강도 변화를 이용하여 검출 단계시 측정되는 신호들을 보간함으로써 가장 가까운 인접 광감지 장치들 사이의 중심간 거리보다 작은 광빔의 위치를 정확하게 결정하는 단계
    를 포함하는 광빔 위치 결정 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    검출된 광빔 형상을 상기 공지된 형상과 비교함으로써 빔각을 결정하는 단계를 더 포함하는 광빔 위치 결정 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 광감지 장치들을 사용하여 빔 틸트 방위를 결정함으로써 상기 광빔을 방출하는 장치 또는 상기 광빔을 방출하는 상기 장치를 보유하는 물체에 의한 음영 캐스트에 기인하는 감소된 광 강도를 검출하는 단계를 더 포함하는 광빔 위치 결정 방법.
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