(57)【要約】  ジョイスティックのような可動対象２の運動を検出する検出回路１は、第１の方向における前記ジョイスティックの第１の運動を検出する第１の検出器１００であって、第１の検出器１００が、光スポット３の存在／不在を検出する第１の検出器ユニット１０１を有し、前記光スポット３の場所が前記第１の運動に依存する、当該第１の検出器１００と、第２の方向における前記ジョイスティックの第２の運動を検出する第２の検出器２００であって、第２の検出器２００が光スポット３の第１／第２の強度を検出する第２の検出ユニット２０１を有し、光スポット３の強度が前記第２の運動に依存する、当該第２の検出器２００とを備える。このような検出回路１は、アセンブリ中の部品のずれの影響を受けにくく、製造するのがより単純であり、より低コストである。第２の検出器２００は、前記ジョイスティックの位置から独立して全体的に光スポット３内に配置され、第１及び第３の検出器は、前記ジョイスティックの位置に依存して部分的に光スポット３内に配置される。検出ユニット１０１は、光ダイオード１２０及び光ダイオード１２０からの信号をデジタル化するトランジスタ１２１を有する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
可動対象の運動を検出する検出回路において、
前記検出回路の面内の第１の方向における前記可動対象の第１の運動を検出する第１の検出器であって、前記第１の検出器が、第１の検出ユニットの場所における光スポットの存在又は不在を検出する当該第１の検出ユニットを有し、前記光スポットの場所が前記第１の運動に依存する、前記第１の検出器と、
前記検出回路の前記面に垂直な第２の方向における前記可動対象の第２の運動を検出する第２の検出器であって、前記光スポットの強度が前記第２の運動に依存し、前記第２の検出器が、第２の検出ユニットの場所における前記光スポットの第１の強度又は第２の強度を検出する当該第２の検出ユニットを有し、前記第１の強度及び前記第２の強度がゼロに等しくない異なる強度である、前記第２の検出器と、
を有する検出回路。
【請求項２】
前記検出回路の前記面内の第３の方向における前記可動対象の第３の運動を検出する第３の検出器であって、前記第３の検出器が、第３の検出ユニットの場所における前記光スポットの存在又は不在を検出する当該第３の検出ユニットを有し、前記光スポットの場所が前記第３の運動に依存し、前記第１の方向及び前記第３の方向が平行ではない方向である、前記第３の検出器ユニット、
を更に有する、請求項１に記載の検出回路。
【請求項３】
前記第１の検出器が、複数の第１の検出ユニットを更に有し、前記第３の検出器が、複数の第３の検出ユニットを更に有し、前記複数の第１の検出ユニットが、前記第１の方向に平行に並べられ、前記複数の第３の検出ユニットが、前記第３の方向に平行にならべられる、請求項２に記載の検出回路。
【請求項４】
前記第２の検出器が、前記可動対象の位置から独立して全体的に前記光スポット内に配置され、前記第１の検出器及び前記第３の検出器が、前記可動対象の位置に依存して部分的に前記光スポット内に配置される、請求項２に記載の検出回路。
【請求項５】
前記検出回路が、光信号を生成するソースを更に有し、前記可動対象が、前記光信号を前記検出回路に反射する反射器を有し、前記光スポットが、前記反射された光信号から生じる、
請求項１に記載の検出回路。
【請求項６】
前記第１の検出ユニットが、第１の光素子信号を生成する第１の光素子を有し、前記第１の光素子が、前記第１の光素子信号をデジタル化する第１のトランジスタに結合され、前記第２の検出ユニットが、第２の光素子信号を生成する第２の光素子を有し、前記第２の光素子が、前記第２の光素子信号をデジタル化する第２のトランジスタに結合される、請求項１に記載の検出回路。
【請求項７】
前記検出回路が、薄膜ポリシリコン技術、単結晶シリコン基板技術、発光ダイオード技術、及び有機発光ダイオード技術の少なくとも１つの技術に基づく集積検出回路である、請求項１に記載の検出回路。
【請求項８】
請求項１に記載の検出回路を有し、前記可動対象を更に有する検出構成体。
【請求項９】
前記検出構成体が、ダイヤフラム無しの構成である、請求項８に記載の検出構成体。
【請求項１０】
前記検出回路の前記面内の前記第１の方向における前記可動対象の前記第１の運動が、前記可動対象が傾けられることから生じ、前記検出回路の前記面に垂直な前記第２の方向における前記可動対象の前記第２の運動が、前記可動対象が押し下げられることから生じる、請求項８に記載の検出構成体。
【請求項１１】
請求項１に記載の検出回路を有し、前記可動対象を有するマンマシンインタフェースを更に有する装置。
【請求項１２】
前記マンマシンインタフェースが、ディスプレイを更に有し、前記ディスプレイが、前記検出回路を有する集積ディスプレイである、請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
検出回路により可動対象の運動を検出する方法において、
第１の検出器により、前記検出回路の面内の第１の方向における前記可動対象の第１の運動を検出する第１のステップであって、前記第１のステップが、第１の検出ユニットにより、前記第１の検出ユニットの場所における光スポットの存在又は不在を検出する第１のサブステップを有し、前記光スポットの場所が前記第１の運動に依存する、前記第１のステップと、
第２の検出器により、前記検出回路の前記面に垂直な第２の方向における前記可動対象の第２の運動を検出する第２のステップであって、前記光スポットの強度が前記第２の運動に依存し、前記第２のステップが、第２の検出ユニットにより、前記第２の検出ユニットの場所における前記光スポットの第１の強度又は第２の強度を検出する第２のサブステップを有し、前記第１の強度及び前記第２の強度が、ゼロに等しくない異なる強度である、前記第２のステップと、
を有する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、可動対象の運動を検出する検出回路に関し、また、検出構成体（arrangement）、装置及び方法にも関する。
【０００２】
このような可動対象の例は、ジョイスティック及びマルチファンクションキーであり、このような装置の例は、携帯電話、パーソナルコンピュータ、パーソナルデジタルアシスタント及びリモートコントローラのような消費者製品、並びに非消費者製品であり、他の例を除外しない。
【背景技術】
【０００３】
従来技術の検出構成体は、米国特許ＵＳ６３２６９４８から既知であり、これは、スライド表面を持つ基部と、前記スライド表面上でスライド可能な可動体と、光を発する発光素子と、前記発光素子により発せられた光を反射する反射表面を持つ、前記可動体に設けられる反射部と、前記反射部により反射された光を受け取る複数の受光素子とを有する入力装置を開示している。
【０００４】
前記従来技術の検出構成体において、水平運動は、前記複数の受光素子により受け取られる光の量を比較することにより検出される。垂直運動を検出するために、前記可動体が押し下げられる場合に前記受光素子上の光スポットのサイズが増大するように、ダイヤフラムが前記可動体と前記受光素子との間に配置される。前記垂直運動は、したがって、前記複数の受光素子により受け取られる光の総量を検出することにより検出される。
【０００５】
この既知の検出構成体は、とりわけ、ダイヤフラムが垂直運動を検出することができることを必要とするという事実のため、不利である。このようなダイヤフラムは、アセンブリ中の部品のずれの影響を受けやすく、製造をより複雑かつより高価にする。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、とりわけ、可動対象と検出器との間にダイヤフラムを必要としない検出回路を提供することである。
【０００７】
本発明の他の目的は、とりわけ、ダイヤフラムを必要としない検出構成体、装置及び方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
可動対象の運動を検出する本発明による検出回路は、
前記検出回路の面内の第１の方向における前記可動対象の第１の運動を検出する第１の検出器であって、前記第１の検出器が、第１の検出ユニットの場所における光スポットの存在又は不在を検出する当該第１の検出ユニットを有し、前記光スポットの場所が前記第１の運動に依存する、前記第１の検出器と、
前記検出回路の前記面に垂直な第２の方向における前記可動対象の第２の運動を検出する第２の検出器であって、前記光スポットの強度が前記第２の運動に依存し、前記第２の検出器が、第２の検出ユニットの場所における前記光スポットの第１の強度又は第２の強度を検出する当該第２の検出ユニットを有し、前記第１及び第２の強度がゼロに等しくない異なる強度である、前記第２の検出器と、
を有する。
【０００９】
第１の場所における光スポットの存在又は不在を検出することにより、例えば前記可動対象の水平運動が検出されることができる。第２の場所における前記光スポットの強度を検出することにより、例えば前記可動対象の垂直運動が検出されることができ、これは、もはやダイヤフラムを使用する必要がない。
【００１０】
本発明による検出回路は、とりわけ、アセンブリ中の部品のずれの影響を受けにくく、製造するのがより単純であり、より低コストである点で更に有利である。
【００１１】
本発明による検出回路の一実施例は、
前記検出回路の前記面内の第３の方向における前記可動対象の第３の運動を検出する第３の検出器であって、前記第３の検出器が、第３の検出ユニットの場所における前記光スポットの存在又は不在を検出する当該第３の検出ユニットを有し、前記光スポットの場所が前記第３の運動に依存し、前記第１及び第３の方向が平行ではない方向である、前記第３の検出器、
を更に有することにより規定される。
【００１２】
それぞれ前記第１、第２及び第３の方向は、例えば前記検出回路の前記面が水平面である場合にｘ、ｙ及びｚ方向であり、他のオプションを除外しない。
【００１３】
本発明による検出回路の一実施例は、前記第１の検出器が複数の第１の検出ユニットを更に有し、前記第３の検出器が複数の第３の検出ユニットを更に有し、前記複数の第１の検出ユニットが前記第１の方向に平行に並べられ、前記複数の第３の検出ユニットが前記第３の方向に平行にならべられることにより規定される。複数の第１の検出ユニット及び複数の第３の検出ユニットは、前記第１及び第３の方向における運動がより正確に検出されることを可能にする。前記複数の第１及び第３の検出ユニットは、例えば交差する線であり、前記第２の検出ユニットは、前記交差の近くに、前記交差する線に、又は前記交差する線の近くに配置される。
【００１４】
本発明による検出回路の一実施例は、前記第２の検出器が前記可動対象の位置から独立して全体的に前記光スポット内に配置され、前記第１及び第３の検出器が前記可動対象の位置に依存して部分的に前記光スポット内に配置されることにより規定される。前記光スポットのサイズは、好ましくは、前記第２の検出器の全ての第２の検出ユニットが前記可動対象の位置から独立してこの光スポット内に配置されるように、及び好ましくは、前記第２の検出器の全ての第２の検出ユニットが前記可動対象の位置に依存して部分的に前記光スポット内に及び部分的に前記光スポットの外側に配置されるようになっている。前記可動対象の位置は、前記検出回路における前記光スポットの場所を決定する。
【００１５】
本発明による検出回路の一実施例は、
光信号を生成するソースであって、前記可動対象が前記光信号を前記検出回路に反射する反射器を有し、前記光スポットが前記反射された光信号から生じる、前記ソース、
を更に有することにより規定される。
【００１６】
発光光源又は赤外光放射熱源のような前記ソースを前記検出回路内に配置することにより、及び前記可動対象に反射器を設けることにより、もはやソースを前記可動対象内に不利に配置する必要はない。
【００１７】
本発明による検出回路の一実施例は、前記第１の検出ユニットが第１の光素子信号を生成する第１の光素子を有し、前記第１の光素子が前記第１の光素子信号をデジタル化する第１のトランジスタに結合され、前記第２の検出ユニットが第２の光素子信号を生成する第２の光素子を有し、前記第２の光素子が前記第２の光素子信号をデジタル化する第２のトランジスタに結合されることにより規定される。光ダイオード又は光トランジスタのような前記光素子のすぐ後に前記光素子信号をデジタル化することにより、複雑かつ高価なアナログデジタルコンバータ及び増幅器が避けられる。
【００１８】
本発明による検出回路の一実施例は、前記検出回路が、薄膜ポリシリコン技術、単結晶シリコン基板技術、発光ダイオード技術、及び有機発光ダイオード技術の少なくとも１つの技術に基づく集積検出回路であることにより規定される。このような集積回路は、１つのロバスト回路を形成するために、有利には、前記光素子、前記トランジスタ及び前記ソースを有することができる。
【００１９】
本発明による検出構成体は、本発明による検出回路を有し、前記可動対象を更に有する。
【００２０】
本発明による検出構成体の一実施例は、前記検出構成体がダイヤフラム無しの構成であることにより規定される。このようなダイヤフラムは、不利点のみを導入する。
【００２１】
本発明による検出構成体の一実施例は、前記検出回路の前記面内の前記第１の方向における前記可動対象の前記第１の運動が、前記可動対象が傾けられることから生じ、前記検出回路の前記面に垂直な前記第２の方向における前記可動対象の前記第２の運動が、前記可動対象が押し下げられることから生じることにより規定される。前記傾け及び押し下げは、使いやすい運動である。
【００２２】
本発明による装置は、本発明による検出回路を有し、前記可動対象を有するマンマシンインタフェースを更に有する。
【００２３】
本発明による装置の一実施例は、前記マンマシンインタフェースがディスプレイを更に有し、前記ディスプレイが前記検出回路を有する集積ディスプレイ（integrated display）であることにより規定される。このように、前記可動対象は、例えば前記ディスプレイの一部を形成し、別個に構築される必要はなく、これは製造をより容易にかつより低コストにする。前記可動対象は、例えば前記集積ディスプレイの表示領域のマージンに配置されることができる。
【００２４】
本発明による検出構成体、本発明による装置、本発明による方法の実施例は、本発明による検出回路の実施例と対応する。
【００２５】
本発明は、とりわけ、一種類の検出器が２つの異なる種類の運動を検出しなければならない場合にダイヤフラムが使用されるべきでないという洞察に基づき、とりわけ、異なる種類の検出器が異なる種類の運動を検出するために使用されるべきであるという基本的アイデアに基づく。
【００２６】
本発明は、とりわけ、可動対象と検出器との間にダイヤフラムを必要としない検出回路を提供するという問題を解決する。本発明による検出回路は、とりわけ、アセンブリ中の部品のずれの影響を受けにくく、製造するがより単純であり、より低コストである点で更に有利である。
【００２７】
本発明のこれら及び他の態様は、以下に記載される実施例を参照して説明され、明らかになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
断面図において図１に示される本発明による検出構成体１０は、本発明による検出回路１を有する。例えばＡＳＩＣダイのような検出回路１は、例えば光ダイオードのような検出器１００、２００、３００と何らかの種類のＬＥＤのような光源のようなソース４とを有し、パッケージ６内に配置される。ばね８がパッケージ６に付着され、可動対象２は、ばね８に結合される。この可動対象２は、反射器５及び仮想回転点７を有する。パッケージ６の半田ボール９は、パッケージ６が、例えば図１０に示される装置２０に接続されることを可能にする。更に、ｘ、ｙ及びｚ方向が図１に示される。
【００２９】
移動されない可動対象（左側）及び移動された可動対象（右側）に対して断面図及び上面図において図２に示される検出回路１は、前記断面図において、検出回路１の基本原理を説明するために、検出器Ｄ１−Ｄ４、ソースＳ及び反射器５の反対側におけるソースＳのイメージ１１を開示している。前記上面図において、ソースＳを囲む４つの検出器Ｄ１−Ｄ４が示される。検出器Ｄ１及びＤ２からの信号は、ｙ方向信号を得るために差分回路を介して互いから減算され、検出器Ｄ３及びＤ４からの信号は、ｘ方向信号を得るために差分回路を介して互いから減算される。
【００３０】
ジョイスティックのような可動対象２が移動されない位置又は停止位置（左側）にある場合、反射器５は、基板に平行であり、ソースＳから発せられた光は、反射器５により反射され、光スポット３を前記基板上に戻るように投げかける。換言すると、反射器５の裏のソースＳのイメージ１１は、前記反射器の輪郭により作成された開口を通して光円錐を輝かせる。反射器５のサイズ、ソースＳと反射器５との間の距離、及び検出器Ｄ１−Ｄ４の寸法は、光スポット３が前記検出器の面積のおおよそ半分を覆うように選択されることができる。このシステムの対称性のため、反射された光スポット３は、検出器Ｄ１−Ｄ４を中心とする。換言すると、全ての検出器Ｄ１−Ｄ４は、等しく光にさらされ、したがって、Ｘ及びＹ方向における出力信号はゼロである。
【００３１】
前記ジョイスティックが反射器５の真ん中又は上の仮想ピボットの周りでわずかに右に傾けられる場合、イメージ１１は、円又は曲線に沿って新しい位置に移動される。したがって、前記光円錐も傾けられ、結果として光スポット３は、左に変位され、わずかに引き延ばされる。ここで対称性が破れ、Ｄ３はＤ４より多くの光を受け取り、Ｄ１及びＤ２は依然として等しく輝かされる。出力Ｘにおいて、非ゼロ信号が検出され、これはＸ方向における前記ジョイスティックの傾き角度に比例し、出力Ｙにおける信号はゼロのままである。同様に、いかなる方向（Ｘ及びＹ）における傾きも４つ全ての検出器Ｄ１−Ｄ４により検出されることができる。検出器Ｄ１−Ｄ４を接続する上述の方法は、ほんの一例にすぎない。４つの検出器Ｄ１−Ｄ４からＸ及びＹ信号を抽出する異なる方法が存在する。
【００３２】
他の実施例において、特定の方向に対する前記ジョイスティックの傾き、したがってＸ及びＹ信号は、当該方向に向かって移動するディスプレイ上のカーソルの速度に変換される。前記ジョイスティックを傾けることにより、前記運動を停止するために、ユーザは、前記ジョイスティックを放し、前記停止位置に戻らせる必要がある。
【００３３】
上面図において本発明による検出回路１に対して図３に示される検出器レイアウトは、図３ａにおける正方形、又は図３ｂにおける細いストリップのような単なる例であり、前記検出器の数は、図３ｃ及び３ｄにおいて４より多いことが可能である。図３ｃにおいて、前記ソースの４辺に沿って整列する複数の小さな検出器が存在する。前記ジョイスティックの傾きに対応する前記光スポットの形状及び位置は、前記光スポットにより覆われる検出器素子をカウント及び位置特定することにより正確に決定されることができる。
【００３４】
加えて、図示されないが、前記反射器は異なる形状を持ちうる。前記反射器は、凹面鏡であることができる。前記鏡の中心点と前記ソースとの間の距離は、好ましくはｆと２ｆとの間であることができ、ここでｆは前記鏡の焦点距離である。この場合、前記基板上の前記反射された光スポットは、平面鏡の場合より大幅に小さい。前記凹面鏡は、好ましくは、図３ｄに示されるような検出器のアレイと組み合わせて使用される。前記光スポットの小さいサイズのため、前記光スポットの位置は、したがって前記ジョイスティックの傾きに対応して、より正確に決定されることができる。
【００３５】
本発明による検出回路１に対する上面図においてより詳細に図４に示される検出器レイアウトは、例えば１８の検出ユニット１０１−１１８を有する第１の検出器１００を有し、例えば８の検出ユニット２０１−２０８を有する第２の検出器を有し、例えば１８の検出ユニット３０１−３１８を有する第３の検出器３００を有する。左から右へのｘ方向において、検出ユニット３０１−３０９の後に、検出ユニット２０５及び２０６が続き、ソース４が続き、検出ユニット２０７及び２０８が続き、検出ユニット３１８−３１０が続く。上から下へのｙ方向において、検出ユニット１０１−１０９の後に、検出ユニット２０１及び２０２が続き、ソース４が続き、検出ユニット２０３及び２０４が続き、検出ユニット１１８−１１０が続く。更に、光スポット３が示される。
【００３６】
加えて、強度Ｉ対位置Ｐを示すグラフが図示される。暗い領域は４０１により示され、閾値が４０３により示され、明るい領域が４０２により示される。この例において、論理"１"が前記暗い領域に対して生成され、論理"０"が前記明るい領域に対して生成される。
【００３７】
本発明による検出回路１の光ダイオード１２０、１３０、１４０及びトランジスタ１２１、１２２，１３１、１３２、１４１、１４２が図５に示される。光ダイオード１２０、１３０、１４０のカソードは、第１の基準端子に結合され、アノードは、トランジスタ１２１、１３１、１４１の第１の主電極に結合される。これらのトランジスタ１２１、１３１、１４１の第２の主電極は、トランジスタ１２２、１３２、１４２の第１の主電極に結合され、インバータ１２３、１３３、１４３の入力部に結合される。トランジスタ１２１、１３１、１４１は、信号変化をデジタル化し、インバータ１２３、１３３、１４３は、前記信号を更にデジタル化し、前記デジタル信号を反転する。トランジスタ１２２、１３２、１４２の第２の主電極は、第２の基準端子に結合される。トランジスタ１２１、１３１、１４１の制御電極は、互いに結合される。トランジスタ１２２、１３２、１４２の制御電極は、互いに結合される。全ての制御電極は、バイアス目的で、及び電流を規定するために及び閾値を規定するために他の回路に結合されることができる。
【００３８】
実際に、検出ユニット１０１−１０９、１１０−１１８、３０１−３０９、３１０−３１８の各グループに対して、図５に示される回路が存在しうる。検出ユニット２０１−２０８について、最小の状況において、１つの検出ユニット、例えば検出ユニット２０１又は２０２のみが存在し、拡張された状況において、例えば４つの検出ユニット２０１、２０８、２０４、２０５又は２０２、２０３、２０６、２０７が存在することができ、最大の状況において、８以上の検出ユニットが存在することができる。検出ユニット２０１−２０８の数と独立に、各１つが図５に示される独自の回路を持つことができるか、または２以上が、図５等に示される回路を一緒に持つことができる。
【００３９】
検出ユニット２０２、２０３、２０６、２０７は、例えば、押し選択（Ｚ方向に押す）動作を検出するのに使用され、以下、Ｚ光検出器と称される。代わりに、例えば全ての検出ユニット２０１−２０８がＺ光検出器であってもよい。残りは、Ｘ及びＹ検出に使用され、以下、Ｘ／Ｙ光検出器と称される。前記Ｚ光検出器は、好ましくは、前記ジョイスティックの位置に関係なく前記光スポットの中にある。前記Ｚ光検出器の位置は、例えば前記ソースから少しだけ離して、及び／又は前記Ｘ／Ｙ光検出器から外して変更されることができる。
【００４０】
検出回路において、各Ｘ／Ｙ光検出器の信号は、対応する基準信号と比較され、この結果として１ビットデジタル信号を生じる。例えば前記Ｘ／Ｙ光検出器が前記光スポットの外側にある場合、図５に示される回路は、この光検出器に対して"１"を生じ、他の場合、前記光検出器が前記光スポットの内側にある場合には、前記回路は"０"を生じる。前記回路は、実際には１ビットＡＤＣ（アナログデジタルコンバータ）である。換言すると、前記回路は、閾値検出である（図４の隅の差し込み図を参照）。例えば前記光スポットの境界が光検出器を横切って移動する場合、前記光検出器上で受け取られる光強度は、暗い値４０１から明るい値４０２に増大される。これら２つのレベルの真ん中のどこかに閾値４０３が規定される。これは、前記光スポットの境界が前記光検出器を約半分ほど横切る場合に、前記検出器において受け取られる信号が"１"（暗い）から"０"（明るい）に切り替えられるべきである。後の段階において、デジタル回路は、各グループにおいて前記光スポットにさらされる光ダイオードの数をカウントし、これは当該グループにおける信号を表す。信号Ｘ及びＹは、次いで、それぞれグループ４の信号に対してグループ３の信号を及びグループ２の信号に対してグループ１の信号を（デジタルで）減算することにより計算される。このデジタル検出法の利点は、電子回路がより単純であることである。増幅器及びＡＤＣのようなアナログ回路が必要とされない。前記信号は、光検出器ごとに正しくデジタル化される。
【００４１】
光ダイオードのような前記光検出器は、逆バイアスされ、例えば図示されないカレントミラー回路内に接続される。このカレントミラー回路を介して、基準電流が規定されることができる。この基準電流は、同じグループにおいて前記光ダイオードを流れる等しい別の電流を作成するためにミラーされる。光ダイオード１２０の輝度条件に依存して、トランジスタ１２１と１２２との間の中間点、例えば結合部は、ロー又はハイ値にあることができる。例えば、前記光ダイオードが明るくない場合、この点における電圧はほぼゼロであるが、前記光ダイオードが光にさらされる場合、前記光ダイオードの内部抵抗は（光強度に対して指数的に）大幅に減少し、これは、前記点に迅速にハイ値に切り替えさせる。完全にデジタル化された信号を保証するために、インバータ、例えば１２３のような追加の閾値検出回路が加えられることができる。最後に、各インバータの出力部において、前記光ダイオードの輝度条件に依存するデジタル信号が得られることができる。各グループにおける前記光ダイオードからの出力は、後の段階においてエンコーダにフィードされ、２進数に変換されることができる。前記エンコーダ以外の適切な回路が同様に使用されることができる。
【００４２】
本発明による検出回路１に対する断面図においてより詳細に図６に示される検出器レイアウトは、検出器２００及び３００、ソース４、反射器５、反射器５の移動されない位置又は休止位置におけるソース４のイメージ１２、移動された位置又は非停止位置１４における反射器５、この移動された位置又は非停止位置に対するソース４のイメージ１３、及び光スポット寸法１５を開示している。
【００４３】
例えば図１０に示されるようにディスプレイ上で特定のアイテムを選択するために、前記ジョイスティックが垂直に押される場合、前記基板上の前記反射された光のスポットの直径は変更されないが、前記スポットの光強度が増大される。はじめに、反射器５は前記停止位置にある。前記反射器の縁において反射された光ビームは、前記基板上の前記反射された光スポットの境界を規定する。この現象は、同等な方法で検討されることもできる。（前記反射器に対して前記光源に対称である）前記光源のイメージ１２は、反射器５の場所において架空の孔を通る光円錐を輝かせる。この場合の前記円錐の立体角はα０である。前記ソースの固定された輝度パワーを仮定すると、前記基板上の光強度はα０／Ａに比例し、ここでＡは前記反射された光スポットの面積である。
【００４４】
ここで前記ジョイスティックが垂直に押される場合（クリック動作）、前記反射器は、以前より前記基板に近い位置１４に移動するはずである。単純な反射規則を使用すると、前記反射された光スポットのサイズは成長せずに同じ状態のままであることが容易にわかる。しかしながら、前記ソースのイメージ１３がここで前記反射器に近くなるという事実のため、前記光円錐の立体角α１がここでα０より大きくなる。結果として、前記基板により受け取られる光強度（〜α１／Ａ、但しＡは変更されない）も増大される。１以上のＺ光検出器（例えば４つ）は、この変化を感知し、単純な閾値検出回路を用いて、前記スティックの垂直位置に対応するデジタル信号が生成される。原理的に、１つのＺ光検出器のみが必要である。しかしながら、前記スティックの対称的な運動を保証するために、１より多いＺ光検出器（例えば２−４）が好適である。前記Ｚ光検出器は、前記Ｘ／Ｙ光検出器と同じ行に配置されることができるか、又は好ましくは前記スティックの位置に関係なく前記光スポットの中であることを条件に、他の場所に配置されることができる。
【００４５】
図７は、断面図において本発明による第１の集積検出回路１を示す。光源５０３は、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）５０１、低温ポリシリコン（ＬＴＰＳ）技術に基づく光ダイオード５０２等のような電子装置を含む基板５０６上に堆積及びパターニングされた有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）である。前記ＴＦＴ又はＬＴＰＳ光ダイオードは、シールドされない場合に、光に対する感受性を持ち、したがって光検出器として使用されることができる。加えて、ＬＴＰＳに基づく電子回路は、前記装置に対して制御及び信号処理するのに使用されることができ、これは、前記装置を完全に集積させる。ＬＴＰＳ及びＯＬＥＤ技術は、近年、アクティブマトリクスＯＬＥＤディスプレイを作成するために１つの共通基板上で結合されている。したがって、光学ポインティングデバイスに対するこの技術の使用は、技術の再使用、高度な一体化及び低コストの観点から有利である。前記ＯＬＥＤの波長は、ＬＴＰＳベースの光検出器の感知範囲を適合するように選択されることができる。絶縁層が５００により示され、透明上部電極が５０７により示され、底部電極が５０４により示され、ゲート酸化物が５０５により示される。
【００４６】
図８は、断面図において本発明による第２の集積検出回路１を示す。Ｓｉ光ダイオード６０２（光検出器として使用される）及びＣＭＯＳ回路６０１が、単結晶Ｓｉ基板６０３上に集積されることができる。Ｓｉウエハが完成した後（バックエンドオブザライン（back-end-of-the-line）プロセスの後）に、前記ウエハは、ＯＬＥＤファブに転送され、ここでＯＬＥＤ構造が前記Ｓｉウエハの上面に堆積及びパターニングされる。前記ウエハは、次いで、例えば光学ポインティングデバイスにおいて使用するために分離されたダイにダイシングされる。透明上部電極は６０７により示され、底部電極は６０５により示され、ＯＬＥＤは６０４により示され、前記Ｓｉダイの相互接続は６００により示され、絶縁層は６０６により示される。
【００４７】
図９は、断面図における本発明による第３の集積検出回路１を示す。Ｓｉ光ダイオード７０２（光検出器として使用される）及びＣＭＯＳ回路７０１は、Ｓｉ基板７０３上に集積される。Ｓｉウエハが完成した後（バックエンドオブザラインプロセスの後）に、無機ＬＥＤダイ７０４が（ピックアンドプレース（pick-and-place）プロセス及び糊付けにより）前記Ｓｉウエハの上部に取り付けられる。前記ウエハは、次いで、前記光学ポインティングデバイスにおいて使用するために分離されたダイにダイシングされる。ボンドワイヤは７０７により示され、底部電極は７０５により示され、前記Ｓｉダイの相互接続は７００により示される。
【００４８】
熱源は赤外光を放出するので、赤外光源としても使用されることができる。前記熱源は、例えば抵抗ヒータ（金属レジスタ又はポリレジスタを使用する）によりＳｉ基板上に容易に作成されることができる。代わりに、可視光又は赤外光は、例えばＰ−Ｎ接合が逆バイアスされる場合に電子雪崩条件下でシリコンＰ−Ｎ接合の発行を使用することにより、又はＣＭＯＳトランジスタのいわゆる"ラッチアップ（latch-up）"現象を使用することにより、Ｓｉ上に作成されることができる。前記ラッチアップは、大きすぎる電流がループ内のトランジスタの対の中を流れる場合のＩＣ内の不所望な現象であり、熱及び赤外放射を作成する。ラッチアップは、不適切な設計又はチップの欠陥により生じる。しかしながら、この場合、ラッチアップは意図的に作成される。Ｓｉ光ダイオードは、赤外波長を感知することができ、したがって前記熱源からくる赤外光を検出するのに使用されることができる。
【００４９】
図１０は、本発明による装置２０を示す。これは、ディスプレイ２１及びジョイスティックのような可動対象２を有する。前記ジョイスティックは、例えば、ディスプレイ基板２４の一部を形成する、集積電子素子領域２３間に検出回路１及びソース４を有する表示領域のジョイスティック領域２２上に取り付けられる。この光学ジョイスティックは、アクティブマトリクスＯＬＥＤディスプレイ技術に基づく。この構成は、ＯＬＥＤ光源、共通の基板上に加工されたＴＦＴに基づく複数の光検出器、及び前記基板上につるされる反射器を持つジョイスティックからなる。この構成は、携帯電話、ＰＤＡ及び他のハンドヘルド装置のような装置において前記ディスプレイ上のメニューを通してナビゲートするのに使用されることができる。検出回路１は、いかなる種類の検出器レイアウト、例えば図３に示されるレイアウト又はこれらの組み合わせを持つことができ、他のレイアウトを除外しない。
【００５０】
装置は、例えば、ＯＬＥＤと、光検出器と、ＯＬＥＤディスプレイ技術を使用して加工された集積電子素子とを含む大きな基板からダイシングされるフォトニックダイを含む。補足として、前記ジョイスティックは、ＯＬＥＤディスプレイ基板上に集積されてもよく、前記ディスプレイの追加機能として、前記ディスプレイとともに販売されることができる。例えば携帯電話内のＯＬＥＤディスプレイにおいて、表示領域を囲む一部のマージンは、前記ディスプレイの駆動回路及び接続パッド等のようなオンボード電子素子に対して使用されることができ、光学ジョイスティックの少なくとも一部の部品は、電子回路の中で特に、前記表示領域のマージンにおいて一体化されることができる。前記ジョイスティックの電子素子も、前記ディスプレイの周囲の領域において一体化されることができる。図１０の右側は、例えば、携帯電話内の結合されたディスプレイ−ジョイスティックを示す。前記ジョイスティックの本体及びサスペンション機構は、前記ディスプレイ基板上に構築されることができ（図１０の左下を参照）、又は前記電話の上部カバーの一部であることができる。
【００５１】
ハンドヘルド装置に対して、検出構成体１０の寸法は、例えば携帯電話において大きな空間は利用可能ではないので、決定的である。特に、前記検出構成体の高さは、可能な限り小さくあるべきである。図１の検出構成体の高さは、大部分はサスペンション８の高さにより決定される。図１１は、検出構成体１０の非常に有利な代替実施例を概略的に示し、ここでノブの形状の可動対象２内の空間が、サスペンション８'を収容するのに使用される。この方策は、高さを大幅に減少することができる。サスペンション８'は、パッケージ６から突き出す。前記パッケージ内に収容する代わりに、サスペンション８'はここでノブ２の内側にある。前記ノブの内側の中空の空間は、（ジョイスティックのような）可動対象２が接触することなく傾く及びクリックすることを可能にするのに十分に大きくあるべきである。この代替実施例は、パッケージ６の厚さを図１１に示されるように１ｍｍ又は０．８ｍｍまで薄くすること可能にする。前記パッケージの実際の厚さは、内側の部品の高さよりも、前記パッケージの所要の機械的強度によって決定される。パッケージ基板２５の典型的な厚さは約０．２ｍｍであり、装置基板１の厚さは約０．２ｍｍである。他の利点は、前記ノブの比較的大きな体積がサスペンション８'を収容するのに使用されることができるので、サスペンション設計が寸法に関してより緩和されることができることである。
【００５２】
図１２は、図１１の代替検出構成体を持つ装置２０を示す。装置２０はここで携帯電話である。半田ボール９を持つパッケージ６は、プリント回路基板（ＰＣＢ）２１に接続される。ＰＣＢ２２上の他の近隣ＩＣは、前記携帯電話に他の機能を提供するために存在しうる。ノブ２は、前記携帯電話のハウジング２３に埋め込まれる。前記代替検出構成体は、ノートパソコンのマウスポインタ又は携帯電話、ＰＤＡ、携帯ゲーム装置、リモートコントロール及び他のハンドヘルド装置のディスプレイ上のポインティング装置として使用されることもできる。
【００５３】
上述の実施例が本発明を限定するのではなく説明し、当業者が添付の請求項の範囲から逸脱することなく多くの代替実施例を設計することができることに注意すべきである。請求項において、括弧間に配置された参照符号は前記請求項を限定すると解釈されるべきでない。動詞"有する"及びその活用形の使用は、請求項に記載された要素又はステップ以外の要素又はステップの存在を除外しない。要素に先行する冠詞"１つの"は、複数のこのような要素の存在を除外しない。本発明は、複数の別個の要素を有するハードウェアを用いて、及び適切にプログラムされたコンピュータを用いて実施されることができる。複数の手段を列挙する装置請求項において、これらの手段の幾つかは、同一のハードウェアアイテムにより実施されてもよい。特定の方策が相互に異なる従属請求項に記載されるという単なる事実は、これらの方策の組み合わせが有利に使用されることができないことを示さない。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】断面図において本発明による検出構成体を概略的に示す。
【図２】移動されない可動対象（左側）及び移動された可動対象（右側）に対する検出回路を断面図及び上面図において示す。
【図３ａ】上面図において本発明による検出回路に対する検出器レイアウトを示す。
【図３ｂ】上面図において本発明による検出回路に対する検出器レイアウトを示す。
【図３ｃ】上面図において本発明による検出回路に対する検出器レイアウトを示す。
【図３ｄ】上面図において本発明による検出回路に対する検出器レイアウトを示す。
【図４】上面図において本発明による検出回路に対する検出器レイアウトをより詳細に示す。
【図５】本発明による検出回路の光ダイオード及びトランジスタを示す。
【図６】断面図において本発明による検出回路に対する検出器レイアウトをより詳細に示す。
【図７】断面図において本発明による第１の集積検出回路を示す。
【図８】断面図において本発明による第２の集積検出回路を示す。
【図９】断面図において本発明による第３の集積検出回路を示す。
【図１０】本発明による装置を示す。
【図１１】本発明による代替検出構成体を示す。
【図１２】図１１の代替検出構成体を持つ装置を示す。
【図１】
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【図２】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図３ｃ】
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【図３ｄ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【国際調査報告】
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