(57)【要約】  ジョイスティックのような移動可能対象２の移動を検出する検出回路１は、移動可能対象２の移動を検出する検出器であって、前記検出器が、光源４からの光スポット３を検出する検出ユニット１０１−１３６，２０１−２０４を有し、光スポット３が前記移動に依存する当該検出器と、検出ユニット１０１−１３６，２０１−２０４を較正する基準検出ユニット３０１−３０４を有する、経年劣化／プロセス変動を補償する基準検出器３００とを備える。このような検出回路１は、比較的小さな程度で経年劣化／プロセス変動を受ける。ｘ又はｙ移動を検出する第１の検出器１００は、前記ジョイスティックの位置に依存して光スポット３内に部分的に配置され、基準検出器３００は、この場合、前記ジョイスティックの位置と独立に光スポット内に全体的に配置される。ｚ移動を検出する第２の検出器２００は、前記ジョイスティックの位置と独立に光スポット３内に全体的に配置され、基準検出器３００は、この場合、前記ジョイスティックの位置と独立に光スポット３の外側に全体的に配置される。
2009534734.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
移動可能対象の移動を検出する検出回路において、
前記移動可能対象の移動を検出する検出器であって、前記検出器が、検出ユニットの場所における光源からの光スポットを検出する当該検出ユニットを有し、前記場所における前記光スポットが前記移動に依存する、当該検出器と、
前記検出ユニットを較正する基準検出ユニットを有し、経年劣化／プロセス変動を補償する基準検出器と、
を有する検出回路。
【請求項２】
前記検出器が、前記検出回路の面内の第１の方向における前記移動可能対象の第１の移動を検出する第１の検出器を有し、前記検出ユニットが、第１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の移動に依存する、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、前記移動可能対象の位置に依存して前記光スポット内に部分的に配置され、前記基準検出器が、前記移動可能対象の位置と独立に前記光スポット内に全体的に配置される、請求項２に記載の検出回路。
【請求項４】
前記検出器が、前記検出回路の面に垂直な第２の方向における前記移動可能対象の第２の移動を検出する第２の検出器を有し、前記光スポットの強度が前記第２の移動に依存し、前記検出ユニットが、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、請求項１に記載の検出回路。
【請求項５】
前記第２の検出器が、前記移動可能対象の位置と独立に前記光スポット内に全体的に配置され、前記基準検出器が、前記移動可能対象の位置と独立に前記光スポットの外側に全体的に配置される、請求項４に記載の検出回路。
【請求項６】
光信号を生成する前記光源を更に有し、前記移動可能対象が前記検出回路に前記光信号を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７】
前記検出ユニットが、光素子信号を生成する光素子を有し、前記光素子が、前記光素子信号をデジタル化するトランジスタに結合され、前記基準検出ユニットが、基準光素子信号を生成する基準光素子を有し、前記基準光素子が、前記トランジスタに結合された基準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８】
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９】
請求項１に記載の検出回路を有し、前記移動可能対象を更に有する検出装置。
【請求項１０】
前記移動可能対象の移動が、前記移動可能対象が傾けられることから生じる又は前記移動可能対象が押し下げられることから生じる、請求項９に記載の検出装置。
【請求項１１】
請求項１に記載の検出回路を有し、前記移動可能対象を有するマンマシンインタフェースを更に有する機器。
【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に記載の機器。
【請求項１３】
検出回路により移動可能対象の移動を検出する方法において、
検出器により、前記移動可能対象の移動を検出する第１のステップであって、前記第１のステップが、検出ユニットにより、前記検出ユニットの場所における光源からの光スポットを検出する第１のサブステップを有し、前記場所における前記光スポットが前記移動に依存する、当該第１のステップと、
基準検出器により、経年劣化及び／又はプロセス変動を補償する第２のステップであって、前記第２のステップが、基準検出ユニットにより、前記検出ユニットを較正する第２のサブステップを有する、当該第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、移動可能対象の移動を検出する検出回路に関し、検出装置、機器及び方法にも関する。
【０００２】
このような移動可能対象は、ジョイスティック及び多機能キーであり、このような機器の例は、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遠隔制御装置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】
従来の検出装置は、米国特許ＵＳ６３２６９４８号から既知であり、これは、スライド表面を持つベースと、前記スライド表面上でスライド可能な移動可能体と、光を発する発光素子と、前記移動可能体に対して提供され、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反射部分と、前記反射部分により反射された光を受ける複数の受光素子とを有する入力機器を開示している。
【０００４】
従来の検出装置において、水平移動は、前記複数の受光素子により受け取られた光の量を比較することにより検出され、垂直移動は、前記複数の受光素子により受け取られた光の総量を検出することにより検出される。
【０００５】
前記既知の検出装置は、とりわけ、前記光が経年劣化を受けるかもしれない発光素子から生じるという事実により、不利である。結果として、前記従来の検出装置は、比較的大きな程度で経年劣化を受ける。
【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、比較的小さな程度で経年劣化を受ける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、比較的小さな程度で経年劣化を受ける検出装置、機器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】
移動可能対象の移動を検出する本発明による検出回路は、
前記移動可能対象の移動を検出する検出器であって、前記検出器が検出ユニットの場所における光源からの光スポットを検出する当該検出ユニットを有し、前記場所における前記光スポットが前記移動に依存する当該検出器と、
前記検出ユニットを較正する基準検出ユニットを有し、経年劣化及び／又はプロセス変動を補償する基準検出器と、
を有する。
【０００９】
一般に、経年劣化及び／又はプロセス変動を補償する基準検出器を導入することにより、本発明による検出回路は、比較的小さな程度で経年劣化及び／又はプロセス変動を受ける。このような基準検出器は、前記検出ユニットを較正する基準検出ユニットを有する。例えば、前記光源は、経年劣化を受けるかもしれず、例えば、前記光源及び／又は前記検出器は、プロセス変動を受けるかもしれない。これら全ての種類の被害は、本発明により補償される。
【００１０】
本発明による検出回路は、とりわけ、より長い時間期間に対して増大された信頼性を持つ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、前記検出器が前記検出回路の面内の第１の方向における前記移動可能対象の第１の移動を検出する第１の検出器を有し、前記検出ユニットが、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の移動に依存することにより規定される。前記第１の方向は、例えば、前記検出回路の面が水平面である場合にｘ又はｙ方向であり、他のオプションを除外しない。
【００１２】
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、前記移動可能対象の位置に依存して前記光スポット内に部分的に配置され、前記基準検出器が前記移動可能対象の位置と独立に前記光スポット内に全体的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、前記基準検出器の全ての基準検出ユニットが前記移動可能対象の位置と独立にこの光スポット内に配置されるようなものであり、好ましくは、前記第１の検出器のすべての第１の検出ユニットが前記移動可能対象の位置に依存して部分的にこの光スポット内に及び部分的にこの光スポットの外側に配置されるようなものである。前記移動可能対象は、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。
【００１３】
本発明による検出回路の一実施例は、前記検出器が、前記検出回路の面に垂直な第２の方向における前記移動可能対象の第２の移動を検出する第２の検出器を有し、前記光スポットの強度が前記第２の移動に依存し、前記検出ユニットが、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の強度を検出する前記第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ことにより規定される。前記第２の方向は、例えば、前記検出回路の面が水平面である場合にｚ方向であり、他のオプションを除外しない。
【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、前記移動可能対象の位置と独立に前記光スポット内に全体的に配置され、前記基準検出器が、前記移動可能対象の位置と独立に前記光スポットの外側に全体的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、前記基準検出器の全ての基準検出ユニットが、前記移動可能対象の位置と独立にこの光スポットの外側に配置されるようなものであり、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、前記移動可能対象の位置と独立にこの光スポット内に配置されるようなものである。再び、前記移動可能対象の位置は、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】
したがって、前記第１の検出ユニットを較正する１以上の前記基準検出ユニットは、前記第２の検出ユニットを較正する１以上の前記基準検出ユニットとは異なる場所を持つ。複数の第１の検出ユニットは、ｘ及びｙ方向のような前記第１の方向における移動が、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の検出ユニットは、例えば、交差の線であり、前記第２の検出ユニットは、前記交差の近くに、前記交差の線に又は前記交差の線の近くに配置される。前記第１の検出ユニットを較正する前記１以上の基準検出ユニットも、前記交差の近くに配置され、前記第２の検出ユニットを較正する前記１以上の基準検出ユニットは、前記交差領域の外側に配置されることができる。
【００１６】
本発明による検出回路の一実施例は、
光信号を生成する前記光源を更に有し、前記移動可能対象が前記検出回路に前記光信号を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ことにより規定される。
【００１７】
発光光源又は赤外光放射熱源のような光源を前記検出回路内に配置することにより、及び前記移動可能対象に反射器を設けることにより、不利に光源を前記移動可能対象内に配置することは、もはや必要ではない。
【００１８】
本発明による検出回路の一実施例は、前記検出ユニットが、光素子信号を生成する光素子を有し、前記光素子が、前記光素子信号をデジタル化するトランジスタに結合され、前記基準検出ユニットが、基準光素子信号を生成する基準光素子を有し、前記基準光素子が、前記トランジスタに結合された基準トランジスタに結合されることにより規定される。フォトダイオード又はフォトトランジスタのような前記光素子の裏で直ち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変換器及び増幅器が避けられる。前記基準光素子信号は、例えば、前記結合されたトランジスタを有するミラー構成を介して前記光素子及びそのトランジスタに複製された電流を有する。
【００１９】
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、有利には、１つのロバストな回路を形成するために前記光素子、前記トランジスタ及び前記光源を有することができる。
【００２０】
本発明による検出装置は、本発明による検出回路を有し、前記移動可能対象を更に有する。
【００２１】
本発明による検出装置の一実施例は、前記移動可能対象から生じる前記移動可能対象の移動が、前記移動可能対象が傾けられることにより生じる又は前記移動可能対象が押し下げられることにより生じることにより規定される。前記傾きは、前記第１の検出ユニットにより検出されるべきであり、前記押し下げは、前記第２の検出ユニットにより検出されるべきである。前記傾き及び押し下げは、ユーザフレンドリな移動である。
【００２２】
本発明による機器は、本発明による検出回路を有し、前記移動可能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】
本発明による機器の一実施例は、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ことにより規定される。好ましくは、前記移動可能対象は、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。このようにして、前記移動可能対象は、例えば、前記ディスプレイの一部を形成し、別々に構築する必要がなく、これは、製造をより容易にかつお金がかからなくする。
【００２４】
本発明による検出装置、本発明による機器及び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に対応する。
【００２５】
本発明は、とりわけ、発光素子及び検出素子が経年劣化及び／又はプロセス変動を受けるかもしれないという洞察に基づき、とりわけ、基準検出器が、前記基準検出器に前記検出ユニットを較正する基準検出ユニットを設けることにより、経年劣化及び／又はプロセス変動を補償す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、比較的小さな程度で経年劣化を受ける検出回路を提供する問題を解決する。本発明による検出回路は、とりわけ、より長い時間期間に対して増大された信頼性を持つ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】
図１に断面において示される本発明による検出装置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、例えばフォトダイオードのような検出器１００，２００，３００と、例えば何らかの種類のＬＥＤのような光源のような光源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、移動可能対象２はばね８に結合される。この移動可能対象２は、反射器５及び仮想回転点７を有する。パッケージ６のはんだボール９は、パッケージ６が例えば図１０に示される機器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】
図２に移動されない移動可能対象（左側）及び移動された移動可能対象（右側）に対して断面及び上面において示される検出回路１は、断面において、検出回路１の基本原理を説明するために、検出器Ｄ１−Ｄ４並びに光源Ｓ及び反射器５の他の側における光源Ｓのイメージ１１を開示している。上面において、４つの検出器Ｄ１−Ｄ４は光源Ｓの周りに示される。検出器Ｄ１及びＤ２からの信号は、ｙ方向信号を得るように差分回路により互いから減算され、検出器Ｄ３及びＤ４からの信号は、ｘ方向信号を得るように差分回路により互いから減算される。
【００３０】
ジョイスティックのような移動可能対象２が、移動されない位置又は休止位置にある場合（左側）、反射器５は、前記基板に平行であり、光源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を前記基板上に向け戻す。換言すると、反射器５の裏の光源Ｓのイメージは、前記反射器の輪郭により作り出された開口を通る光円錐を光らせる。反射器５のサイズ、光源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、前記検出器領域の約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により、反射された光スポット３は、検出器Ｄ１−Ｄ４上に集中される。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の中間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。前記光円錐も、したがって、傾けられ、結果的に前記光スポット３は、左に変位され、わずかに細長くなる。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光らせられる。出力部Ｘにおいて、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する非ゼロ信号が検出され、出力部Ｙにおける信号はゼロのままである。同様に、何らかの方向（Ｘ及びＹ）における傾きは、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、一例でしかない。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、したがって前記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、ユーザは、前記カーソルを所望の方向に移動することができる。前記移動の速度は、前記傾き角度に依存する。前記移動を停止するために、前記ユーザは、前記ジョイスティックを放し、前記ジョイスティックに前記休止位置に戻らせる必要がある。
【００３３】
図３において本発明による検出回路１に対して上面図において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における薄いストリップのようなただの例であり、前記検出器の数は、図３ｃ及び３ｄにおいて４より多いことができる。図３ｃにおいて、前記光源の４つの側面に沿って整列する複数の小さな検出器が存在する。前記光スポットにより覆われる検出器の数をカウントすることにより、Ｘ及びＹ信号が得られることができる。この図３ｃは、図４においてより詳細に示される。図３ｄにおいて、前記基板は、小さな検出器のアレイにより囲まれた光源Ｓを含む。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決め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、図示されていないが、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光源との間の距離は、好ましくは、ｆないし２ｆ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なサイズのため、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位置は、より正確に決定されることができる。
【００３５】
図４においてより詳細に上面図で示される本発明による検出回路１に対する検出器レイアウトは、例えば３６の検出ユニット１０１−１３６を有する第１の検出器１００を有し、例えば４の検出ユニット２０１−２０４を有する第２の検出器を有し、例えば４の検出ユニット３０１−３０４を有する第３の検出器３００を有する。ｘ方向において、左から右に、検出ユニット１１９−１２７の後に検出ユニット３０３及び２０３、光源４、検出ユニット２０４及び３０４、並びに検出ユニット１３６−１２８が続く。ｙ方向において、上から下に、検出ユニット１０１−１０９の後に検出ユニット３０１及び２０１、光源４、検出ユニット２０２及び３０２並びに検出ユニット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を示すグラフが示される。暗い領域は４０１により示され、閾値は４０３により示され、明るい領域は４０２により示される。この例において、論理"１"は前記暗い領域に対して生成され、論理"０"は前記明るい領域に対して生成される。第１の検出ユニット１０１−１３６を較正する１以上の基準検出ユニット３０１−３０４は、第２の検出ユニット２０１−２０４を較正する１以上の基準検出ユニット（図示されない）とは異なる場所を持つ。複数の第１の検出ユニット１０１−１３６は、ｘ及びｙ方向のような第１の方向における移動がより正確に検出されることを可能にする。複数の第１の検出ユニット１０１−１３６は、例えば交差の線であり、第２の検出ユニット２０１−２０４は前記交差に若しくは前記交差の近くに配置され、又は複数の第２の検出ユニット２０１−２０４は前記交差の近くに、前記交差の線において若しくは前記交差の線の近くに配置される。第１の検出ユニット１０１−１３６を較正する１以上の基準検出ユニット３０１−３０４も前記交差の近くに配置され、第２の検出ユニット２０１−２０４を較正する１以上の基準検出ユニット（図示されない）は、前記交差領域の外側に配置されることができる。
【００３７】
本発明による検出回路１のフォトダイオード４２０，４３０，４４０及びトランジスタ４２１，４２２，４３１，４３２，４４１，４４２が図５に示される。フォトダイオード４２０，４３０，４４０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４２１，４３１，４４１の第１の主電極に結合される。これらのトランジスタ４２１，４３１，４４１の第２の主電極は、トランジスタ４２２，４３２，４４２の第１の主電極に結合され、インバータ４２３，４３３，４４３の入力部に結合される。トランジスタ４２１，４３１，４４１は、信号変化をデジタル化し、インバータ４２３，４３３，４４３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４２２，４３２，４４２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４２１，４３１，４４１の制御電極は互いに結合される。トランジスタ４２２，４３２，４４２の制御電極は互いに結合される。
【００３８】
本発明によると、基準フォトダイオード４１０は、フォトダイオード４２０，４３０，４４０を較正するために存在する。そこに、例えばトランジスタ４１１及び４１２が更に存在する。フォトダイオード４１０のカソードは前記第１の基準端子に結合され、アノードはトランジスタ４１１の第１の主電極に結合される。トランジスタ４１１の第２の主電極はトランジスタ４１２の第１の主電極に結合され、トランジスタ４１２の制御電極に結合され、前記制御電極はトランジスタ４２２，４３２，４４２の制御電極に更に結合される。トランジスタ４１１の制御電極は、トランジスタ４２１，４３１，４４１の制御電極に結合され、電圧源４１３を介して前記第１の基準端子に結合される。
【００３９】
実際に検出ユニット１０１−１０９，１１９−１２７，１１０−１１８，１２８−１３６の各グループに対して、図５に示される回路が存在することができ、これにより例えば（通常の）検出ユニットは（通常の）フォトダイオードを有し、基準検出ユニットは基準フォトダイオードを有する。検出ユニット２０１−２０４に関して、最小の状況において１つの検出ユニットのみが存在し、拡張された状況において例えば２つの検出ユニットが存在してもよく、最大の状況において４以上の検出ユニットが存在してもよい。検出ユニット２０１−２０４の数と独立に、各検出ユニットが図５に示される独自の回路を持つことができるか、又は２以上の検出ユニットが図５等に示される回路を一緒に持つことができる。
【００４０】
検出ユニット２０１−２０４は、例えば押して選択する（Ｚ方向に押す）アクションを検出するのに使用され、以後、Ｚ光検出器と称される。他の検出ユニット１０１−１３６はＸ及びＹ方向に対して使用され、以後、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かかわらず前記光スポットの内側である。前記Ｚ光検出器の位置は、例えば前記光源からもう少し離れるように及び／又は前記Ｘ／Ｙ光検出器と一致しないように変更されることができる。
【００４１】
検出回路において、各Ｘ／Ｙ光検出器の信号は、基準光検出器からの対応する基準信号と比較され、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である場合、図５に示される前記回路は、この光検出器に対して"１"を生じ、又は他の場合に、前記光検出器が前記光スポットの内側である場合に、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断して移動する場合、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つのレベルの中間のどこかで、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だけ横断して移動する場合に、前記検出器上で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ことを意味する。より後の段階において、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たフォト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、この場合、それぞれグループ４の信号にグループ３の信号を及びグループ２の信号にグループ１の信号を（デジタルに）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、この電子回路が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、光検出器ごとに直ちにデジタル化される。
【００４２】
フォトダイオードのような前記光検出器は、逆バイアスされ、例えばカレントミラー回路において図示される基準フォトダイオードのような前記基準光検出器と接続される。このカレントミラー回路により、基準電流が規定される。この基準電流は、同じグループ内の前記フォトダイオードを通る等しい別の電流を作り出すようにミラーされる。フォトダイオード４２０の輝度条件に依存して、中間点、例えばトランジスタ４２１と４２２との間の結合は、ロー又はハイ値であることができる。例えば、前記フォト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、前記フォトダイオードが光にさらされる場合、前記フォトダイオードの内部抵抗は急激に減少し（光強度に対して指数的に）、これは前記点を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４２３のような追加の閾値検出回路が追加されることができる。最後に、各インバータの出力部において、前記フォト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フォトダイオードからの出力は、より後の段階において、バイナリ数に変換されるようにエンコーダにフィードされる。前記エンコーダ以外の適切な回路も同様に使用されることができる。
【００４３】
図６においてより詳細に断面図で示される本発明による検出回路１に対する検出器レイアウトは、検出器１００，２００，３００、光源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光源４及び移動された位置又は非休止位置１４における反射器５のイメージ１２、この移動された位置又は非休止位置に対する光源４のイメージ１３、並びに光スポット寸法１５を開示する。
【００４４】
前記ジョイスティックが、例えば図１０に示されるディスプレイ上の特定のアイテムを選択するように、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は前記休止位置にある。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、同等な方法で考慮されることもでき、すなわち、（前記反射器上で前記光源と対称をなす）前記光源のイメージ１２は、反射器５の場所に仮想的な孔を通る光円錐を光らせる。この場合の前記円錐の立体角はα０である。前記光源の固定された輝度パワーを鑑みると、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。
【００４５】
ここで前記ジョイスティックが垂直に押される場合（クリックアクション）、前記反射器は、以前より前記基板に近い位置１４に移動すると推定される。単純な反射規則を適用して、前記反射された光スポットのサイズが大きくならずに同じ状態のままであることを容易に見ることができる。しかしながら、前記光源のイメージ１３がここで前記反射器に近づくという事実のため、前記光円錐の立体角α１は、ここでα０より大きい。結果として、前記基板により受け取られる光強度（〜α１／Ａ、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移動を保証するために、１より多いＺ光検出器（例えば２−４）が好ましい。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かかわらず前記光スポットの内側であるという条件で他の場所に配置されることができる。
【００４６】
図７は、本発明による第１の集積検出回路１を断面図において示す。光源５０３は、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）であり、基板５０６は、低温ポリシリコン（ＬＴＰＳ）技術に基づく薄膜トランジスタ（ＴＦT）５０１、フォトダイオード５０２等のような電子デバイスを含む。前記ＴＦＴ又はＬＴＰＳフォトダイオードは、シールドされない場合に光に対して感受性を持ち、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、前記デバイスに対する信号処理を制御及び実行するために使用されることができ、これは、前記デバイスを完全に集積化する。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、光ポインティング機器に対するこの技術の使用は、技術の再使用、高度な集積化及び低コストに関して有利である。前記ＯＬＥＤの波長は、ＬＴＰＳに基づく光検出器の感知範囲に合うように選択されることができる。絶縁層は５００により示され、透明上部電極は５０７により示され、底部電極は５０４により示され、ゲート酸化物は５０５により示される。
【００４７】
図８は、本発明による第２の集積検出回路１を断面図において示す。Ｓｉフォトダイオード６０２（光検出器として使用される）及びＣＭＯＳ回路６０１は、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に（バックエンドライン（back-end-of-the-line）工程後に）、前記ウエハは、ＯＬＥＤ構造が前記Ｓｉウエハ上に堆積及びパターニングされるＯＬＥＤファブに移動される。前記ウエハは、この場合、例えば光ポインティング機器で使用する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。
【００４８】
図９は、本発明による第３の集積検出回路を断面図において示す。Ｓｉフォトダイオード７０２（光検出器として使用される）及びＣＭＯＳ回路７０１は、Ｓｉ基板７０３上に集積されることができる。前記Ｓｉウエハが完成した後に（バックエンドライン工程後に）、無機ＬＥＤダイ７０４が、前記Ｓｉウエハの上に（ピックアンドプレース（pick-and-place）工程及び接着により）取り付けられる。前記ウエハは、この場合、前記光ポインティング機器において使用する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。
【００４９】
熱源は赤外光を発するので、前記熱源は、同様に赤外光源として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基板上に容易に作り出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及び電子雪崩条件下でシリコンＰ−Ｎ接合の発光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"減少を使用することによりＳｉ上で作り出されることができる。前記ラッチアップは、多すぎる電流がループ内のトランジスタの対の中に流れ込み、熱及び赤外放射を作り出す、ＩＣにおいて不所望な現象である。ラッチアップは、不適切な設計又はチップの欠陥により起こる。しかしながら、この場合、ラッチアップは意図的に作り出される。Ｓｉフォトダイオードは、赤外波長に対して感受性があり、したがって、前記熱源から来る赤外光を検出するのに使用されることができる。
【００５０】
図１０は、本発明による機器２０を示す。機器２０は、ディスプレイ２１及びジョイスティックのような移動可能対象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領域２３間に検出回路１及び光源４を有するディスプレイ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光源及び共通の基板上に製造されたＴＦＴに基づく複数の光検出器、並びに前記基板上に取り付けられた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及びディスプレイ上のメニューをナビゲートする他のハンドヘルド機器のような機器で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に示されたレイアウトの１つ又はこれらの組み合わせを持ってもよく、他のレイアウトを除外しない。
【００５１】
機器は、例えば、ＯＬＥＤディスプレイ技術を使用して製造された集積電子素子、光検出器及びＯＬＥＤを含む大きな基板からダイシングされた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はんだ付けされることができる。例えば携帯電話におけるＯＬＥＤディスプレイにおいて、前記ディスプレイ領域を囲むマージンは、前記ディスプレイの駆動回路、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に対する少なくとも一部の構成要素は、他の電子回路の中でも前記ディスプレイ領域のマージンに集積されてもよい。前記ジョイスティックの電子素子は、前記ディスプレイの囲んでいる領域に集積されることもできる。図１０右側は、例えば携帯電話において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るか（図１０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。
【００５２】
ハンドヘルド機器に対して、例えば携帯電話には多くの空間が利用可能ではないので、検出装置１０の寸法は重要である。特に、前記検出装置の高さは、可能な限り小さくされるべきである。図１における前記検出装置の高さは、サスペンション８の高さにより大きく決定される。図１１は、検出装置１０の非常に有利な代替実施例を概略的に示し、ノブの形の移動可能対象２の中の空間は、サスペンション８'を収容するのに使用される。この対策は、前記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から突き出している。前記パッケージの中に収容される代わりに、サスペンション８'は、ここでノブ２の中に存在する。前記ノブの中の中空の空間は、（ジョイスティックのような）移動可能対象２が接触することなく傾ける及びクリックすることを可能にするのに十分に大きくされるべきである。この代替実施例は、図１１に示されるようにパッケージ６の厚さを１ｍｍ又は０．８ｍｍまで薄くすることを可能にする。前記パッケージの実際の厚さは、中の構成要素の高さではなく前記パッケージの要求される機械的強度により決定される。パッケージ基板２５の典型的な厚さは約０．２ｍｍであり、機器基板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堆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前記サスペンションの設計が寸法に関してより緩いことが可能であることである。
【００５３】
図１２は、図１１の代替検出装置を持つ機器２０を示す。機器２０は、ここでは携帯電話である。はんだボールを持つパッケージ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。前記代替検出装置は、ノートパソコンにおけるマウスポインタとして又は携帯電話、ＰＤＡ携帯ゲーム機器、遠隔制御装置及び他のハンドヘルド機器におけるポインティング機器としても使用されることができる。
【００５４】
上述の実施例が本発明を限定するのではなく説明しており、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うる。複数の手段を記載する装置請求項において、これらの手段の幾つかが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てい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】
【００５５】
【図１】断面における本発明による検出装置を概略的に示す。
【図２】移動されない移動可能対象（左側）及び移動される移動可能対象（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】本発明による検出回路に対する検出器レイアウトを上面図において示す。
【図３ｂ】本発明による検出回路に対する検出器レイアウトを上面図において示す。
【図３ｃ】本発明による検出回路に対する検出器レイアウトを上面図において示す。
【図３ｄ】本発明による検出回路に対する検出器レイアウトを上面図において示す。
【図４】本発明による検出回路に対する検出器レイアウトを上面図においてより詳細に示す。
【図５】本発明による検出回路のフォトダイオード及びトランジスタを示す。
【図６】本発明による検出回路に対する検出器レイアウトを断面図においてより詳細に示す。
【図７】本発明による第１の集積検出回路を断面図において示す。
【図８】本発明による第２の集積検出回路を断面図において示す。
【図９】本発明による第３の集積検出回路を断面図において示す。
【図１０】本発明による機器を示す。
【図１１】本発明による代替検出装置を示す。
【図１２】図１１の代替検出装置を有する機器を示す。
【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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