(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
収容コンポーネントの上面を露出させて電子装置へのユーザ入力を可能にするハウジングと、
光ビームを発生するため前記収容コンポーネントの上面の下で前記ハウジング内に位置された複数の赤外線発光ダイオード（ＬＥＤ）と、
前記複数のＬＥＤの１つ以上を制御可能に選択及び選択解除するために前記ハウジング内に位置され且つ前記複数のＬＥＤに接続された少なくとも１つのＬＥＤセレクタと、
光強度を測定するために前記収容コンポーネントの上面の下で前記ハウジング内に位置された複数のホトダイオード（ＰＤ）受光器と、
前記複数のＰＤ受光器の１つ以上を制御可能に選択及び選択解除するために前記ハウジング内に位置され且つ前記複数のＰＤ受光器に接続された少なくとも１つのＰＤセレクタと、
前記複数のＬＥＤにより放射された光ビームを前記上面の上の複数の高さにおいて前記上面の上に且つ上面を横切って投影及び分布させるために前記ハウジングに固定され且つ前記収容コンポーネントの上面に接触された第１のレンズと、
前記第１のレンズにより投影及び分布される光ビームを前記ＰＤ受光器に集光及び指向させるために前記ハウジングに固定され且つ前記収容コンポーネントの上面に接触された第２のレンズと、
（ｉ）前記少なくとも１つのＬＥＤセレクタを制御し、（ii）前記少なくとも１つのＰＤセレクタを制御し、そして（iii）前記複数のＰＤ受光器の出力電流に基づいて、前記収容コンポーネントの上面の上の複数の高さにおいて光の強度を測定することにより物体の位置を検出するために、前記ハウジング内に位置され且つ前記複数のＰＤ受光器に結合されたコントローラと、
を備えた光ベースのタッチ面。
【請求項２】
前記収容コンポーネントは、長方形であり、前記複数のＬＥＤは、前記収容コンポーネントの２つの隣接縁に沿って固定され、前記ＰＤ受光器は、前記収容コンポーネントの他の２つの隣接縁に沿って固定される、請求項１に記載のタッチ面。
【請求項３】
前記収容コンポーネントは、長方形であり、前記複数のＬＥＤは、前記収容コンポーネントの４つの角に固定される、請求項１に記載のタッチ面。
【請求項４】
前記少なくとも１つのＬＥＤセレクタは、マトリクスのトポロジーにおいて前記複数のＬＥＤに接続された少なくとも１つのＬＥＤ行セレクタ及び少なくとも１つのＬＥＤ列セレクタを含み、各ＬＥＤは、それに関連する行及び列を有し、そして対応するＬＥＤ行セレクタ及びＬＥＤ列セレクタの組み合わせにより選択される、請求項１に記載のタッチ面。
【請求項５】
前記少なくとも１つのＰＤセレクタは、マトリクスのトポロジーにおいて前記複数のＰＤに接続された少なくとも１つのＰＤ行セレクタ及び少なくとも１つのＰＤ列セレクタを含み、各ＰＤは、それに関連する行及び列を有し、そして対応するＰＤ行セレクタ及びＰＤ列セレクタの組み合わせにより選択される、請求項１に記載のタッチ面。
【請求項６】
前記少なくとも１つのＬＥＤセレクタは、シフトレジスタのためのビットストリングを発生し、シフトレジスタの各ビット位置は、その位置におけるビットがそれに対応するＬＥＤを選択すべきか選択解除すべきか指示するように、それに対応するＬＥＤへとマップされる、請求項１に記載のタッチ面。
【請求項７】
前記少なくとも１つのＰＤセレクタは、シフトレジスタのためのビットストリングを発生し、シフトレジスタの各ビット位置は、その位置におけるビットがそれに対応するＰＤ受光器を選択すべきか選択解除すべきか指示するように、それに対応するＰＤ受光器へとマップされる、請求項１に記載のタッチ面。
【請求項８】
前記コントローラから受け取られる制御信号に基づきＰＤ出力信号のグループから１つのＰＤ出力信号を選択するために、前記複数のＰＤ受光器及び前記コントローラに結合されたマルチプレクサを更に備えた、請求項１に記載のタッチ面。
【請求項９】
前記複数のＰＤ受光器から前記コントローラに入る出力電流をバイアスし及びサンプリングするための抵抗ベースの電流積分器を更に備えた、請求項１に記載のタッチ面。
【請求項１０】
前記複数のＰＤ受光器から前記コントローラに入る出力電流をバイアスし及びサンプリングするためのトランジスタベースの電流積分器を更に備えた、請求項１に記載のタッチ面。
【請求項１１】
前記複数のＰＤ受光器から前記コントローラに入る出力電流を感知し及び増幅するためのトランジスタベースのフィルタ・増幅器を更に備えた、請求項１に記載のタッチ面。
【請求項１２】
ＰＤ受光器の出力電流を電圧へと変換しそして電圧を増幅するための演算増幅器ベースのフィルタ・増幅器を更に備えた、請求項１に記載のタッチ面。
【請求項１３】
電子装置にユーザ入力を与える光ベースの方法において、
電子装置ハウジングに収容されそして露出上面を有するユーザインターフェイスコンポーネントを準備し、
前記収容されたコンポーネントの上面の下で前記電子装置ハウジング内に位置された複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）を制御して、少なくとも１つのＬＥＤを選択及び選択解除して、選択されたＬＥＤが赤外線光ビームを、前記上面に接触する第１のレンズへ放射するようにし、それにより、前記第１のレンズが、前記選択されたＬＥＤにより放射された光ビームを前記上面の上の複数の高さにおいて前記上面の上に且つ上面を横切って投影及び分布させるようにし、
前記収容されたコンポーネントの上面の下で前記電子装置ハウジング内に位置された複数のホトダイオード（ＰＤ）受光器を制御して、少なくとも１つのＰＤ受光器を選択及び選択解除し、それにより、前記第１のレンズにより投影及び分布された光ビームの少なくとも一部分が、前記上面に接触する第２のレンズにより、選択されたＰＤへ集光及び指向されるようにし、そしてその選択されたＰＤが、前記第２のレンズにより集光及び指向された光ビームの光強度に基づいて出力電流を発生するようにし、
それにより生じる前記選択されたＰＤ受光器の出力電流に基づき、前記収容されたコンポーネントの面上の種々の高さにおいて光の強度を測定することにより物体の位置を決定する、
という段階を備えた方法。
【請求項１４】
前記複数のＬＥＤを制御することは、シフトレジスタのビットストリングを発生することを含み、前記シフトレジスタの各ビット位置は、その位置におけるビットがそれに対応するＬＥＤを選択又は選択解除すべきかどうか指示するようにそれに対応するＬＥＤへとマップされる、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記複数のＰＤ受光器を制御することは、シフトレジスタのビットストリングを発生することを含み、前記シフトレジスタの各ビット位置は、その位置におけるビットがそれに対応するＰＤ受光器を選択又は選択解除すべきかどうか指示するようにそれに対応するＰＤ受光器へとマップされる、請求項１３に記載の方法。
【請求項１６】
前記決定の前に前記選択されたＰＤ受光器の出力電流に線形増幅を適用することを更に含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１７】
ＬＥＤがターンオンされたときに複数のＰＤ出力信号を加算し、そしてＬＥＤがターンオフされたときに複数のＰＤ出力信号を減算することにより周囲光を補償することを更に含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１８】
前記決定の前に前記選択されたＰＤ受光器の出力電流をサンプリングする段階を更に備え、そのサンプリングは、
トランジスタをターンオフしてキャパシタ内の電流積分を開始し、
前記トランジスタをターンオフした所定時間後にサンプル・ホールド回路をターンオンし、
前記サンプル・ホールド回路をターンオンした所定時間後に前記サンプル・ホールド回路をターンオフし、
前記キャパシタの電荷を測定し、
前記トランジスタをターンオンして、前記キャパシタを放電する、
ことを含む請求項１３に記載の方法。
【請求項１９】
前記トランジスタをターンオンする前に、前記サンプル・ホールド回路のアナログ出力をデジタル出力に変換する段階を更に備えた、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記コントローラは、更に、基線出力電流に対する前記複数のＰＤ受光器の出力電流に基づいて前記収容コンポーネントの上面の上の物体の高さを検出する、請求項１に記載のタッチ面。
【請求項２１】
前記収容コンポーネントは、ディスプレイであり、前記コントローラは、前記コントローラにより検出された物体の位置に対応する画像をディスプレイ表面に発生する、請求項２０に記載のタッチ面。
【請求項２２】
前記収容コンポーネントの上面に物体が接近するときに、前記コントローラは、更に、少なくとも１つの基線出力電流に対する前記複数のＰＤ受光器の次第に減少する出力電流のシーケンスに基づいて、前記上面に入射する方向における物体の速度を決定する、請求項１に記載のタッチ面。
【請求項２３】
前記コントローラは、前記コントローラが前記上面への物体の高速度の接近を決定するのに応答して第１の入力インストラクションを発生すると共に、前記コントローラが前記上面への物体の低速度の接近を決定するのに応答して第２の入力インストラクションを発生する、請求項２２に記載のタッチ面。
【請求項２４】
前記コントローラは、少なくとも１つの基線出力電流より大きな前記複数のＰＤ受光器の出力電流に基づいて物体の位置を検出する、請求項１に記載のタッチ面。
【請求項２５】
前記面に物体が接近するとき、前記コントローラは、前記ＰＤ受光器の出力電流のシーケンスに基づき時間に伴う複数の物体位置を決定し、前記シーケンスの第１部分は、少なくとも１つの基線出力電流より大きい出力電流を含み、そして前記シーケンスの第２部分は、少なくとも１つの基線出力電流より小さい出力電流を含む、請求項１に記載のタッチ面。
【請求項２６】
前記コントローラは、更に、前記決定された複数の物体位置に基づき、前記収容コンポーネントの上面に垂直な方向における物体の速度を決定する、請求項２５に記載のタッチ面。
【請求項２７】
前記コントローラは、前記複数のＰＤ受光器の出力電流に基づき、前記収容コンポーネントの上面の上の異なる高さに位置する２つの物体の存在を検出する、請求項１に記載のタッチ面。
【請求項２８】
前記物体の位置の決定は、少なくとも１つの基線出力電流より小さい前記選択されたＰＤ受光器の出力電流に基づく、請求項１３に記載の方法。
【請求項２９】
前記物体の位置の決定は、少なくとも１つの基線出力電流より大きい前記選択されたＰＤ受光器の出力電流に基づく、請求項１３に記載の方法。
【請求項３０】
前記物体の位置の決定は、選択されたＰＤ受光器の出力電流のシーケンスに基づいて、時間に伴う物体の複数の位置を決定し、前記シーケンスの第１部分は、少なくとも１つの基線出力電流より大きい出力電流を含み、そして前記シーケンスの第２部分は、少なくとも１つの基線出力電流より小さい出力電流を含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項３１】
前記物体の位置の決定は、前記複数のＰＤ受光器のうちの選択されたＰＤ受光器の出力電流のシーケンスに基づいて、前記収容コンポーネントの上面の上の異なる高さに位置する２つの物体の各位置及び各速度を決定する、請求項１３に記載の方法。
【請求項３２】
前記収容コンポーネントは、ディスプレイであり、前記コントローラは、更に、前記収容コンポーネントの上面に対する物体の位置を決定し、そして物体の決定された位置に対応する指示を前記ディスプレイに発生することを更に含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項３３】
前記収容コンポーネントの上面に物体が接近するときに、前記コントローラは、更に、前記複数のＰＤ受光器の一連の次第に減少する出力電流に基づいて、前記上面に入射する方向における物体の速度を決定し、そして更に、
前記上面への物体の高速接近の決定に応答して第１の入力インストラクションを発生すること、及び
前記上面への物体の低速接近の決定に応答して第２の入力インストラクションを発生すること、
を含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項３４】
収容コンポーネントの上面を露出させて電子装置へのユーザ入力を可能にするハウジングと、
光ビームを発生するために前記収容コンポーネントと並んで前記ハウジング内に位置された複数の赤外線発光ダイオード（ＬＥＤ）と、
前記ＬＥＤの１つ以上を制御可能に選択及び選択解除するために前記ハウジングに固定され且つ前記ＬＥＤに接続された少なくとも１つのＬＥＤセレクタと、
受けた光ビームの強度に基づいて出力電流を発生するために前記収容コンポーネントと並んで前記ハウジング内に位置された複数のホトダイオード（ＰＤ）受光器と、
前記ＰＤ受光器の１つ以上を制御可能に選択及び選択解除するために前記ハウジングに固定され且つ前記ＰＤ受光器に接続された少なくとも１つのＰＤセレクタと、
前記ＬＥＤにより発生された光ビームを前記上面の上の複数の高さにおいて前記上面の上に且つ上面を横切って投影及び分布させるために前記ハウジングに固定され且つ前記収容コンポーネントの上面に接触された第１のレンズと、
前記第１のレンズにより投影及び分布される光ビームを前記ＰＤ受光器に集光及び指向させるために前記ハウジングに固定され且つ前記収容コンポーネントの上面に接触された第２のレンズと、
（ｉ）前記少なくとも１つのＬＥＤセレクタを制御し、（ii）前記少なくとも１つのＰＤセレクタを制御し、そして（iii）前記複数のＰＤ受光器の出力電流に基づいて、前記収容コンポーネントの上面の上の複数の高さにおいて光の強度を測定することにより物体の位置を検出するために、前記ハウジングに固定され且つ前記少なくとも１つのＬＥＤセレクタ、前記少なくとも１つのＰＤセレクタ、及び前記ＰＤ受光器に結合されたコントローラと、
を備えた電子装置のための光ベースのタッチ面。
【請求項３５】
前記物体の決定された位置は、基線電流量に対する少なくとも１つの出力電流の相対的電流量に対応する、請求項３４に記載のタッチ面。
【請求項３６】
前記コントローラは、時間と共に物体の複数の高さを決定すると共に、そこから物体の速度を決定する、請求項３４に記載のタッチ面。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コンピュータ用のタッチスクリーンに係る。
【背景技術】
【０００２】
従来のタッチスクリーンは、キャパシタンスベース又は抵抗ベースのものである。これらタッチスクリーンは、ユーザがスタイラス又は自分の指でスクリーンの選択された位置にタッチすることによりコンピューティング装置に入力するためのユーザインターフェイスを与える。
【０００３】
従来のタッチスクリーンは、一般的に、大きなものである。小型ハンドヘルド電子装置のようにスペースが貴重であるときには、従来のタッチスクリーンは、若干のユーザ入力のみに限定される。更に、これらの入力は、ユーザがスタイラスを使用しないときには、正確に解釈されない。
【０００４】
又、従来のタッチスクリーンは、それらが認識できるユーザ入力の形式に関しても制約がある。例えば、従来のタッチスクリーンは、ソフトタップとハードプレスとの間を区別することができない。従来のタッチスクリーンは、同じスクリーン位置上で素早く繰り返されるタップを認識することができない。従来のタッチスクリーンは、タッチスクリーンを横切って連続的に移動する指又はスタイラスによってなされるジェスチャーを認識することができない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従って、大きなスクリーンと小さなスクリーンの両方について、単一のソフトタップ、繰り返しのソフトタップ、プレス、及びジェスチャーを認識するタッチスクリーンを製造するのが効果的である。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の態様は、赤外線発光ダイオード（ＬＥＤ）により放射される光の強度を測定することにより動作するタッチスクリーンに係る。抵抗ベース又はキャパシタンスベースの従来のタッチスクリーンとは異なり、本発明の実施形態は、光ビームを使用する。
【０００７】
ＬＥＤ及びホトダイオード（ＰＤ）受光器がタッチスクリーンの周囲に分布される。ＬＥＤは、選択的に光を放射するようにマイクロプロセッサによって制御され、そしてＰＤ受光器は、光の強度を選択的に測定するようにマイクロプロセッサによって制御される。ＬＥＤにより放射された光は、レンズアッセンブリによりタッチスクリーン上に投影される。投影された光に交差する物体は、ある光がＰＤ受光器に到達するのを妨げる。ＰＤ受光器により測定される光強度の対応的な減少で、物体の位置を決定することができる。
【０００８】
本発明の実施形態によれば、レンズアッセンブリは、タッチスクリーン上の複数の高さにおける平行な平面に光を投影する。従って、ＰＤ受光器により測定される光強度で、スクリーンにタッチする物体、及びスクリーン上にあってスクリーンにほぼタッチする物体を検出することができる。時間と共に光強度を測定することにより、スクリーンにほぼタッチする物体の時間に伴う動きを決定することもできる。更に、時間に伴う動きを決定することで、物体の速度ベクトルを導出することもできる。
【０００９】
本発明のタッチスクリーンは、静止ユーザ入力、及びユーザの指でなされる動きに基づくユーザ入力を認識し及び区別することができ、その動きに基づくユーザ入力は、特に、スクリーン上での単一のソフトタップ、スクリーン上での複数のソフトタップ、スクリーン上でのハードプレス、スクリーン上での複数のハードプレス、方向性ジェスチャー、例えば、スクリーン上で右へ移動するスワイプ、及び比喩的ジェスチャー、例えば、スクリーン上で指を“ｓ”又はアスタリスク“＊”の形状にスライドさせることを含む。又、本発明のタッチスクリーンは、スクリーンに同時にタッチする２つ以上の物体の位置及び動きを認識することもできる。
【００１０】
本発明のタッチスクリーンは、入力装置及び出力表示装置の両方として使用される。本発明のある実施形態では、タッチスクリーン上で物体によりなされる動きの経路が、マウスの対応する動きに変換され、それなりに、コンピュータへ入力される。
【００１１】
ユーザタッチベースの入力をログして、データプロセッサによって後処理することができる。その応用は、タッチベースの店頭ウインドウであり、これにより、通行人からのタッチベース入力をログして分析し、店頭の陳列展示ケースにおける消費者の関心に関する情報が導出される。
【００１２】
本発明のある実施形態では、ＬＥＤは、タッチスクリーンの２つの隣接する縁に沿って配列され、そしてＰＤ受光器は、他の２つの隣接する縁に沿って配列される。本発明の他の実施形態では、タッチスクリーンの角に４つのＬＥＤが配置され、そして縁に沿ってＰＤ受光器が配列される。
【００１３】
本発明のある実施形態では、ＬＥＤは、行を選択するＬＥＤ行ドライバ、及び列を選択するＬＥＤ列ドライバへマトリクスとして接続される。従って、指定のＬＥＤは、それに対応する行及び列ドライバを適切にセットすることにより作動される。このような接続は、必要とされるＩＯコネクタの数を著しく減少し、ひいては、タッチスクリーンの材料のコストを減少する。同様に、ＰＤ受光器も、ＰＤ行セレクタ及びＰＤ列セレクタにマトリクスとして接続される。
【００１４】
従って、本発明は、小型及び大型の両電子装置に適したタッチスクリーンを提供する。本発明のタッチスクリーンを使用する装置、例えば、移動電話は、タッチスクリーンそれ自体がキーパッドとして働くので、キーパッドを必要としない。
【００１５】
従って、本発明の一実施形態によれば、ディスプレイスクリーンのハウジングと、光ビームを発生するために該ハウジングに固定された複数の赤外線発光ダイオード（ＬＥＤ）と、これら複数のＬＥＤの１つ以上を制御可能に選択及び選択解除するためにハウジングに固定され且つ複数のＬＥＤに接続された少なくとも１つのＬＥＤセレクタと、光強度を測定するためにハウジングに固定された複数のホトダイオード（ＰＤ）受光器と、これら複数のＰＤ受光器の１つ以上を制御可能に選択及び選択解除するためにハウジングに固定され且つ複数のＰＤ受光器に接続された少なくとも１つのＰＤセレクタと、複数のＬＥＤにより放射された光ビームをハウジング上の実質的に平行な平面に投影するためにハウジングに固定された光学的アッセンブリと、（ｉ）少なくとも１つのＬＥＤセレクタを制御し、（ii）少なくとも１つのＰＤセレクタを制御し、そして（iii）実質的に平行な平面の少なくとも１つに交差する物体の位置及び速度を複数のＰＤ受光器の出力電流に基づいて決定するために、ハウジングに固定され且つ複数のＰＤ受光器に結合されたコントローラと、を備えた光ベースのタッチスクリーンが提供される。
【００１６】
更に、本発明の一実施形態によれば、複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）を制御して、それらＬＥＤの少なくとも１つを選択及び選択解除して、選択されたＬＥＤが赤外線光ビームを放射するようにし、複数のホトダイオード（ＰＤ）受光器を制御して、それらＰＤ受光器の少なくとも１つを選択及び選択解除して、選択されたＰＤ受光器が受け取った光の強度を測定するようにし、更に、少なくとも１つのＰＤ受光器からの光を遮る物体の位置及び速度を複数のＰＤ受光器の出力電流に基づいて決定することを含む、光ベースのタッチスクリーンのための方法が提供される。
【００１７】
更に、本発明の一実施形態によれば、ディスプレイスクリーンのハウジングと、ディスプレイスクリーンにタッチする物体の位置を感知するためにこのハウジングに固定された複数のセンサと、それら複数のセンサにより感知された位置を入力として受け取ると共に、ディスプレイスクリーンに同時にタッチする２つ以上の物体の位置を決定するために、ハウジングに固定され且つ複数のセンサに結合されたコントローラと、を備えたタッチスクリーンが提供される。
【００１８】
本発明は、添付図面を参照した以下の詳細な説明から完全に理解され、明らかとなるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の一実施形態により１６個のＬＥＤ及び１６個のＰＤを有するタッチスクリーンを示す図である。
【図２Ａ】本発明の一実施形態によりタッチスクリーンに同時にタッチする２つの物体を検出するタッチスクリーンを示す図である。
【図２Ｂ】本発明の一実施形態によりタッチスクリーンに同時にタッチする２つの物体を検出するタッチスクリーンを示す図である。
【図２Ｃ】本発明の一実施形態によりタッチスクリーンに同時にタッチする２つの物体を検出するタッチスクリーンを示す図である。
【図３Ａ】本発明の一実施形態により２本指グライド移動を検出するタッチスクリーンを示す図である。
【図３Ｂ】本発明の一実施形態により２本指グライド移動を検出するタッチスクリーンを示す図である。
【図４Ａ】本発明の一実施形態により同時にタッチされた表示されたピアノキーボードの複数のキーを検出するピアノキーボードシミュレータのためのタッチスクリーンを示す図である。
【図４Ｂ】本発明の一実施形態により同時にタッチされた表示されたピアノキーボードの複数のキーを検出するピアノキーボードシミュレータのためのタッチスクリーンを示す図である。
【図４Ｃ】本発明の一実施形態により同時にタッチされた表示されたピアノキーボードの複数のキーを検出するピアノキーボードシミュレータのためのタッチスクリーンを示す図である。
【図５】本発明の一実施形態による図１のタッチスクリーンの回路図である。
【図６Ａ】本発明の一実施形態によるタッチスクリーンの電子装置の簡単なブロック図である。
【図６Ｂ】本発明の一実施形態によるタッチスクリーンの別の電子装置の簡単なブロック図である。
【図７】本発明の一実施形態による図６Ａ及び６Ｂのタッチスクリーンに使用するための規範的な中央処理ユニットの簡単な回路図である。
【図８】本発明の一実施形態による１６個のＬＥＤのアレイのためのシフトレジスタを示す図である。
【図９】本発明の一実施形態によりＬＥＤを作動するための波形を示す図である。
【図１０】本発明の一実施形態により４つのＬＥＤがスクリーンの４つの角に配置されそして複数のＰＤがスクリーンの４つの縁に沿って配列されたタッチスクリーンを示す図である。
【図１１】本発明の一実施形態によるタッチスクリーンのためのＬＥＤドライバマトリクスを示す図である。
【図１２】本発明の一実施形態によるＬＥＤスイッチを示す図である。
【図１３Ａ】本発明の一実施形態によりＬＥＤへの電流を制限したり向けたりするために使用される電流リミッタを示す図である。
【図１３Ｂ】本発明の一実施形態によりＬＥＤへの電流を制限したり向けたりするために使用される別の電流リミッタを示す図である。
【図１４】本発明の一実施形態による１６個のＰＤのアレイのためのシフトレジスタを示す図である。
【図１５】本発明の一実施形態により選択されたＰＤを作動するための波形を示す図である。
【図１６】本発明の一実施形態によるタッチスクリーンのためのホトダイオードマトリクスを示す図である。
【図１７】本発明の一実施形態によるタッチスクリーンに使用するためのＰＤ出力セレクタを示す図である。
【図１８Ａ】本発明の一実施形態によりタッチスクリーンのＰＤ受光器に関連して使用される抵抗器ベースの電流積分器を示す図である。
【図１８Ｂ】本発明の一実施形態によりタッチスクリーンのＰＤ受光器に関連して使用されるトランジスタベースの電流積分器を示す図である。
【図１９】本発明の一実施形態による時間での電流積分を示す図である。
【図２０】本発明の一実施形態によるＰＤサンプリング方法の簡単なフローチャートである。
【図２１】本発明の一実施形態によりＬＥＤがオンのときにパルスを加算しそしてＬＥＤがオフのときにパルスを減算する周囲光を測定するところを示す図である。
【図２２】本発明の一実施形態による別のＰＤサンプリング方法の簡単なフローチャートである。
【図２３Ａ】本発明の一実施形態によりタッチスクリーンの１つの縁に沿って配列されたＰＤに使用される信号フィルタ・増幅器の回路図である。
【図２３Ｂ】本発明の一実施形態によりＯＰ増幅器を使用する別の信号フィルタ・増幅器回路を示す回路図である。
【図２４】ＬＥＤ及びＰＤのための従来のレンズアッセンブリを示す図である。
【図２５Ａ】本発明の一実施形態によりタッチスクリーンのＬＥＤ及びＰＤに使用されるレンズアッセンブリを示す図である。
【図２５Ｂ】本発明の一実施形態により光ビームの２つのグループを分散するためのレンズアッセンブリを示す図である。
【図２６Ａ】本発明の一実施形態により図２５Ａのレンズアッセンブリに対応する簡単なレンズアッセンブリを示す図である。
【図２６Ｂ】本発明の一実施形態により図２５Ｂのレンズアッセンブリに対応する簡単なレンズアッセンブリを示す図である。
【図２７】本発明の一実施形態によりタッチスクリーンの表面上の光強度の三次元測定を示す。
【図２８】本発明の一実施形態による三次元感知機能を伴うタッチスクリーンを示す図である。
【図２９】本発明の一実施形態により、タッチスクリーン表面への物体の接近度に対応する、ＰＤ受光器により測定された異なる光強度を示すグラフである。
【図３０Ａ】本発明の一実施形態によるタッチスクリーンを伴うハンドセットの簡単な図である。
【図３０Ｂ】本発明の一実施形態によりタッチスクリーン上のスペースへと投影されるドットのパターンを簡単に示す図である。
【図３０Ｃ】本発明の一実施形態によりタッチスクリーン上のスペースにプロジェクタにより投影されて物体により反射されるパターンの密度がプロジェクタからの物体の距離にどのように依存するか簡単に示す図である。
【図３０Ｄ】本発明の一実施形態によりタッチスクリーン上のスペースに投影される数字のパターンを簡単に示す図である。
【図３０Ｅ】本発明の一実施形態によりタッチスクリーン上のスペースに投影される数字のパターンを簡単に示す図である。
【図３１】本発明の一実施形態によりコンピュータへの入力としての指の動きを処理するためのタッチスクリーンの使用を示す図である。
【図３２】本発明の一実施形態により商品の品目を収容するタッチ感知展示ケースを簡単に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明の態様は、光ベースのタッチスクリーンに係る。本発明の実施形態によれば、光ベースのタッチスクリーンは、スクリーンの周囲に沿って配列された複数の赤外線発光ダイオード（ＬＥＤ）及び複数のホトダイオード（ＰＤ）を備えている。ＬＥＤは、スクリーンの表面に実質的に平行に光を投影し、この光は、ＰＤにより検出される。スクリーンの一部分の上に置かれた指のような物体が、ある光ビームを阻止し、それに対応してあるＰＤが光輝度の低下を検出する。ＰＤの位置の幾何学形状及びそれが検出する光強度は、物体のスクリーン座標を決定するに充分なものである。ＬＥＤ及びＰＤは、コントローラにより、選択的に作動及び不作動にされるように制御される。一般に、各ＬＥＤ及びＰＤは、Ｉ／Ｏコネクタを有し、そしてどのＬＥＤ及びどのＰＤが作動されるかを特定するために信号が送信される。
【００２１】
本発明の一実施形態では、複数のＬＥＤが長方形スクリーンの２つの隣接する縁に沿って配列され、そして複数のＰＤが他の２つの隣接する縁に沿って配列される。この点に関して、本発明の一実施形態により１６個のＬＥＤ１３０及び１６個のＰＤ１４０を有するタッチスクリーン１００を示す図１について説明する。ＬＥＤ１３０は、タッチスクリーンの上面を横切って赤外線光ビームを放射し、この光ビームは、ＬＥＤの真向かいにある対応するＰＤ受光器により検出される。物体がタッチスクリーン１００にタッチすると、あるＰＤ受光器１４０に到達する光が阻止される。ＰＤ受光器の出力から、どの光ビームが物体により阻止されたか識別することにより、物体の位置を決定することができる。
【００２２】
本発明の一実施形態によりスクリーンに同時にタッチする２つの物体１０及び２０を検出するタッチスクリーンを示す図２Ａ−２Ｃについて説明する。スクリーンにタッチする物体１０及び２０は、あるＰＤ受光器１４０に到達する光を阻止する。本発明の一実施形態によれば、物体１０及び２０の位置は、物体が阻止する赤外線ビームの交差線から決定される。対照的に、従来の抵抗ベース及びキャパシタンスベースのタッチスクリーンは、スクリーンに同時にタッチする２つ以上の物体を検出することができない。
【００２３】
２つ以上の物体が共通の水平又は垂直軸に沿ってスクリーン１００に同時にタッチすると、阻止されたＰＤ受光器１４０により物体の位置が決定される。図２Ａの物体１０及び２０は、共通の垂直軸に沿って整列されて、タッチスクリーン１００の底縁に沿った実質的に同じＰＤ受光器１４０、即ちａ、ｂ、ｃ及びｄとマークされたＰＤ受光器を阻止する。タッチスクリーンの左縁に沿って、ＰＤ受光器１４０の２つの異なるセットが阻止される。物体１０は、ｅ及びｆとマークされたＰＤ受光器を阻止し、物体２０は、ｇ及びｈとマークされたＰＤ受光器を阻止する。従って、２つの物体は、２つの位置に存在すると決定される。物体１０は、ＰＤ受光器ａ−ｄ及びＰＤ受光器ｅ、ｆから阻止される光ビームの交点に位置するスクリーン座標を有し、物体２０は、ＰＤ受光器ａ−ｄ及びＰＤ受光器ｇ、ｈから阻止される光ビームの交点に位置するスクリーン座標を有する。
【００２４】
図２Ｂ及び２Ｃに示す物体１０及び２０は、共通の水平又は垂直軸に沿って整列されず、異なる水平位置及び異なる垂直位置を有する。阻止されるＰＤ受光器ａ−ｈから、物体１０及び２０は、互いに対角方向に対向している。それらは、図２Ｂに示すように、タッチスクリーン１００の右上及び左下に各々タッチするか、又は図２Ｃに示すように、タッチスクリーン１００の右下及び左上に各々タッチする。
【００２５】
図２Ｂと図２Ｃとの間の区別は、（ｉ）両タッチパターンに同じ意味を関連付けるか、又は（ii）２つのタッチパターンの片方のみに意味を関連付けることで解決される。ケース（ｉ）では、図２Ｂ及び図２Ｃの両タッチパターンの作用が同じであるように、ＵＩがそのアイコンを配置するか、さもなければ、そのようにＵＩが構成される。例えば、タッチスクリーン１００の２つの対角方向に対向する角にタッチすると、スクリーンをアンロックするように動作される。ケース（ii）では、図２Ｂ及び図２Ｃのタッチパターンの片方のみに意味を関連付けるように、ＵＩがそのアイコンを配置するか、さもなければ、そのようにＵＩが構成される。例えば、タッチスクリーン１００の右上及び左下の角にタッチすると、スクリーンをアンロックするように動作され、タッチスクリーン１００の右下及び左上にタッチすると、何の意味も関連付けられていない。このケースでは、ＵＩは、図２Ｂが正しいタッチパターンであると区別する。
【００２６】
本発明の一実施形態により２本指グライド（滑走）移動を検出するタッチスクリーンを示す図３Ａ及び３Ｂについて説明する。図３Ａ及び３Ｂに示すグライド移動は、物体１０及び２０を互いに接近させる対角方向グライドである。グライドの方向は、どのＰＤ受光器１４０が阻止されるかの変化から決定される。図３Ａ及び３Ｂに示すように、阻止されるＰＤ受光器は、ＰＤ受光器１４０に対してａ及びｂから右へ変化し、そしてＰＤ受光器１４０に対してｃ及びｄから左へ変化する。同様に、阻止されるＰＤ受光器は、ＰＤ受光器１４０に対してｅ及びｆから底部へ変化し、そしてＰＤ受光器１４０に対してｇ及びｈから頂部へ変化する。物体１０及び２０が離れるように移動する逆方向のグライドについては、阻止されるＰＤ受光器が逆方向に変化する。
【００２７】
物体１０及び２０が共通の垂直又は水平軸に整列されると、グライドパターンの識別に不明瞭さは生じない。物体１０及び２０が共通の垂直又は水平軸に整列されないと、図３Ａ及び３Ｂに示すように、グライドパターンの識別に不明瞭さが生じ得る。このような不明瞭さの場合、図２Ｂ及び２Ｃを参照して上述したように、図３Ａと図３Ｂとの間の区別は、（ｉ）両グライドパターンに同じ意味を関連付けるか、又は（ii）２つのグライドパターンの片方のみに意味を関連付けることで解決される。
【００２８】
当業者であれば、本発明は、タッチスクリーン１００に同時にタッチする３つ以上の物体を識別することが明らかであろう。本発明の一実施形態により同時にタッチされた表示されたピアノキーボードの複数のキーを検出するピアノキーボードシミュレータのためのタッチスクリーンを示す図４Ａ−４Ｃについて説明する。図４Ａ−４Ｃのタッチスクリーンは、図１−３のタッチスクリーンとは異なるレイアウトを有する。ピアノキーは、水平軸に沿って表示される。従って、水平軸に沿ったタッチ位置は、キーボードのキーに対応する。黒いキーは、２つの白いキーをまたぐ位置によって識別される。
【００２９】
図４Ａに示す手は、３つの白いキーを弾いており、それに対応して、ａ−ｆと示されたＰＤ受光器が阻止される。図４Ｂに示す手は、２つの白いキー及び１つの黒いキーを弾いており、それに対応して、ａ−ｆと示された異なる複数のＰＤ受光器が阻止される。図４Ｃに示す手は、３本の指で４つの白いキーを弾いている。図４Ｃでは、図４Ｂと同じＰＤ受光器ａ−ｆが阻止される。この場合、タッチスクリーン１００の右縁に沿ったＰＤ受光器が図４Ｂと図４Ｃとの間を区別し、即ち図４Ｂでは、ＰＤ受光器ｇ、ｈ及びｉが阻止され、図４Ｃでは、ＰＤ受光器ｇ及びｈが阻止される。図４Ｂにおける阻止されたＰＤ受光器ｉは、黒いピアノキーに対応する深さを指示する。
【００３０】
本発明の一実施形態による図１のタッチスクリーン１００の回路図である図５について説明する。ＬＥＤ１３０及びＰＤ１４０は、図６Ａに示すコントローラによって制御される。ＬＥＤは、ＬＥＤスイッチＡから各信号ＬＥＤ００−ＬＥＤ１５を受信し、そしてＶＲＯＷ及びＶＣＯＬから電流リミッタＢを経て電流を受け取る。ＬＥＤスイッチＡの動作は、図１２を参照して説明する。電流リミッタＢの動作は、図１１Ａ及び１１Ｂを参照して説明する。ＰＤは、シフトレジスタ１２０から各信号ＰＤ０１−ＰＤ１５を受信する。ＰＤ出力は、信号ＰＤＲＯＷ及びＰＤＣＯＬを経てコントローラ１５０へ送られる。
【００３１】
本発明の一実施形態によれば、ＬＥＤは、シフトレジスタ１１０へバイナリストリングを送信する第１のシリアルインターフェイスを経て制御される。バイナリストリングの各ビットは、ＬＥＤの１つに対応し、そして対応ＬＥＤを作動すべきか不作動にすべきかを指示し、ビット値“１”は、作動を指示し、ビット値“０”は、不作動を指示する。シフトレジスタ１１０内のビットストリングをシフトすることにより次々のＬＥＤが作動され不作動にされる。シフトレジスタ１１０の動作は、図８を参照して説明する。
【００３２】
同様に、ＰＤは、シフトレジスタ１２０へバイナリストリングを送信する第２のシリアルインターフェイスにより制御される。シフトレジスタ１２０内のビットストリングをシフトすることにより次々のＰＤが作動され不作動にされる。シフトレジスタ１１０の動作は、図１４を参照して説明する。
【００３３】
図１１に示す本発明の別の実施形態によれば、ＬＥＤは、論理的にマトリクスに配列され、信号がＬＥＤマトリクスの各行及び各列を制御するようにされる。ＬＥＤマトリクスの各信号は、コントローラの個別ピンに接続される。同様に、図１６に示すように、ＰＤも、論理的にマトリクスに配列され、信号がＰＤマトリクスの各行及び各列を制御するようにされる。
【００３４】
次の説明は、タッチスクリーン１００の(１)電子装置、(２)光学系、及び(３)用途に向けられる。
【００３５】
１．タッチスクリーン１００の電子装置
本発明の一実施形態によるタッチスクリーン１００の電子装置の簡単なブロック図である図６Ａについて説明する。図６Ａに示すように、タッチスクリーン１００は、赤外線のパルスを放射する発光ダイオード１３０と、光強度を検出するホトダイオード１４０とを備えている。ＬＥＤ１３０は、コントローラ１５０による制御で、ＬＥＤセレクタ１６０及びＬＥＤスイッチＡを経て、選択的に作動される。図５及び６Ａに示す電流リミッタＢにより電流がＬＥＤ１３０へ供給される。各ＬＥＤは、約２Ａの電流を要求し、一方、各ＬＥＤセレクタ１６０は、数ミリアンペアしか供給しない。従って、各ＬＥＤセレクタは、充分な電流を供給するＬＥＤスイッチＡを作動する。ＬＥＤスイッチＡの動作は、図１２を参照して説明する。電流リミッタＢの動作は、図１３Ａ及び１３Ｂを参照して説明する。
【００３６】
又、コントローラ１５０は、ＰＤセレクタ１７０を経て、制御された仕方でＰＤ１４０を選択的にフィルタする。ＰＤ１４０は、ＰＤの１つを作動するＰＤセレクタ１７０により選択的に作動される。作動されたＰＤからの信号は、電流積分器１８０を経てコントローラ１５０へ返送され、これは、次いで、タッチスクリーン１００上に１つ以上の物体が置かれているかどうか決定し、もしそうであれば、物体の位置を決定する。本発明の実施形態によれば、作動されたＰＤからの信号は、信号フィルタ・増幅器１７５へ送信される。信号フィルタ・増幅器１７５の出力は、コントローラ１５０へ返送され、これは、次いで、タッチスクリーン１００上に１つ以上の物体が置かれているかどうか決定し、もしそうであれば、物体の位置を決定する。信号フィルタ・増幅器１７５の動作は、図２３Ａ及び２３Ｂを参照して説明する。電流積分器１８０の動作は、図１８Ａ及び１８Ｂを参照して説明する。
【００３７】
本発明の一実施形態によるタッチスクリーン１００の別の電子装置の簡単なブロック図である図６Ｂについて説明する。図６Ｂは、多数のＰＤ出力信号の中から１つを選択するのに使用される任意のマルチプレクサ１７１を含む。マルチプレクサ１７１がない場合には、インアクティブなＰＤ信号が、コントローラ１５０及び任意のフィルタ・増幅器１７５に入る信号に影響を及ぼすことがある。マルチプレクサ１７１は、これらの影響を除去する。マルチプレクサ１７１の動作は、図１７を参照して説明する。
【００３８】
ｉ．コントローラ１５０
ここに使用する「コントローラ」という語は、とりわけ、プログラム可能なプロセッサ、ＲＩＳＣプロセッサ、専用ハードウェア、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、及び特定用途向け回路（ＡＳＩＣ）を含む。図６Ａ及び６Ｂは、電流積分器１８０、信号フィルタ・増幅器１７５、ＰＤセレクタ１７０、ＬＥＤセレクタ１６０、及びコントローラ１５０に対して外部である他の機能的ブロックを示しているが、このような具現化は、説明及び明瞭化のためのものである。しかしながら、当業者であれば、本発明の他の具現化において、これらブロックの幾つか又は全部、或いはその一部分をコントローラ１５０内に一体化してもよいことが明らかであろう。
【００３９】
本発明の一実施形態によるタッチスクリーン１００に使用するための規範的コントローラ１５０の簡単な回路図である図７について説明する。図７に示す規範的コントローラは、６４本のＩ／Ｏピンを含み、その幾つかは、ＬＥＤセレクタ１６０及びＰＤセレクタ１７０に接続され、そしてその幾つかは、タッチ信号を受け取る。
【００４０】
図７に示すコントローラ１５０は、テキサス州ダラスのテキサスインスツルーメント社により製造されたＭＳＰマイクロコントローラである。
【００４１】
ii．ＬＥＤセレクタ１６０及びシフトレジスタ１１０
本発明の一実施形態による１６個のＬＥＤ１３０のアレイのためのシフトレジスタ１１０を示す図８について説明する。このシフトレジスタ１１０は、図７に示すＬＥＤ＿ＣＴＲＬ信号を経てコントローラ１５０に接続される。集積回路ＩＣ１は、ＬＥＤ＿Ｄ００ないしＬＥＤ＿Ｄ０７と示された対応するプッシュ・プルドライバを経て８個のＬＥＤスイッチＡを駆動し、そして集積回路ＩＣ２は、ＬＥＤ＿Ｄ０８ないしＬＥＤ＿Ｄ１５と示された対応するプッシュ・プルドライバを経て別の８個のＬＥＤスイッチＡを駆動する。
【００４２】
図８に示す実施形態によれば、シフトレジスタ１１０は、ＩＣ１及びＩＣ２において具現化され、シフトレジスタ１１０の下位８ビットは、ＩＣ１に記憶され、そして上位８ビットは、ＩＣ２に記憶される。これらのビットは、Ｑ７ＳにおいてＩＣ１を出てＤＳにおいてＩＣ２に入る図８に示す接続を経て、ＩＣ１からＩＣ２へシフトされる。
【００４３】
ＬＥＤ＿ＣＴＲＬ信号を参照すれば、Ｌ＿ＳＣＬＲ＿Ｎが低であるときには、全てのＬＥＤ１３０がターンオフされる。本発明の一実施形態によれば、Ｌ＿ＳＣＬＲ＿Ｎは、シフトレジスタ１１０をリセットし、即ち回路ＩＣ１及びＩＣ２をリセットする。
【００４４】
本発明の一実施形態によりＬＥＤを作動するための波形を示す図９について説明する。図９は、図７からのＬＥＤ＿ＣＴＲＬ信号Ｌ＿ＳＩ、Ｌ＿ＳＣＫ、Ｌ＿ＲＣＫ、Ｌ＿ＳＣＬＲ＿Ｎ及びＬ＿ＥＯ＿Ｎの使用を示す。
【００４５】
図９に示すように、時間ｔ１において、低Ｌ＿ＳＣＬＲ＿Ｎ信号は、シフトレジスタ１１０をリセットすることにより全てのＬＥＤをターンオフする。時間ｔ２において、１のビット値が、信号Ｌ＿ＳＩによりシフトレジスタ１１０へ入力される。その後、Ｌ＿ＳＣＫの各サイクルに、シフトレジスタ１１０のデータがレジスタに対して更に１位置シフトされ、そして新たなＬ＿ＳＩビットがシフトレジスタ１１０の第１ビットへ入力される。時間ｔ３に対応する６個のＬ＿ＳＣＫサイクルの後、１のビット値が、ＬＥＤ０６に対応するビット位置６に到達する。高Ｌ＿ＲＣＫ信号は、シフトレジスタ１１０のデータを使用してＬＥＤドライバを作動し、プッシュ・プルドライバＬＥＤ＿Ｄ０６を高に駆動し、それにより、スイッチＡの各１つを作動し、ＬＥＤ０６をターンオンする。時間ｔ４に対応するその後のＬ＿ＳＣＫサイクルは、１のビット位置を更に１つのビット位置だけ前進させる。その後の高Ｌ＿ＲＣＫ信号は、ＬＥＤドライバを再び作動して、１のビット値が位置７にあり且つ０のビット値が位置６にあり、それにより、各スイッチＡを経てＬＥＤ０７をターンオンすると共にＬＥＤ０６をターンオフする。
【００４６】
図１に示す実施形態とは対照的に、本発明の別の実施形態によれば、図１０に示すように、４つのＬＥＤ１３０がタッチスクリーンの４つの角に配置され、そして複数のＰＤ１４０がスクリーンの４つの縁に沿って配列される。ＬＥＤ１３０が点灯すると、スクリーンの表面に実質的に平行に弧状の光を投影する。ＰＤ１４０は、ＬＥＤ１３０及びＰＤ１４０の位置に基づいてこの光の各部分を検出する。４つのＬＥＤ１３０は、スクリーンの一部分上に置かれた指のような物体のスクリーン座標を、ＰＤ１４０により検出される光強度に基づいて決定するのに充分なものである。
【００４７】
本発明の更に別の実施形態において、ＬＥＤは、マトリクスのトポロジーで相互接続され、各Ｉ／Ｏコネクタは、ＬＥＤの全行又は全列に信号を送信する。このようなトポロジーは、必要なＩ／Ｏコネクタの全数を減少して、電子装置のコストを下げるという効果を発揮する。この点に関して、本発明の一実施形態によるタッチスクリーンのためのＬＥＤドライバマトリクス２００を示す図である図１１について説明する。図１１は、４つのＶＲＯＷ信号及び４つのＶＣＯＬ信号のみを使用して１６個のＬＥＤをどのように制御するか示している。各ＶＲＯＷ信号は、スイッチ２１０を経て４つの接続の各１つを制御し、そして各ＶＣＯＬ信号は、スイッチ２２０を経て４つの接続の各１つを制御する。スイッチ２１０及び２２０は、コントローラ１５０の各ピンに接続される。スイッチ２１０及び２２０は、図１２に示すＬＥＤスイッチＡと同様である。
【００４８】
マトリクス２００は、１６個のＬＥＤ及び８個のＩＯコネクタを含む。より一般的には、マトリクス４００は、ｍｎ個のＬＥＤとｍ＋ｎ個のＩＯコネクタのｍｘｎアレイを含む。対照的に、従来のＬＥＤは、各々２つのＩＯコネクタを必要とした。従って、当業者であれば、マトリクス２００は、必要なＩＯコネクタの数を２ｍｎからｍ＋ｎへ減少することが明らかであろう。ひいては、これは、タッチスクリーン１００のコストを減少する。というのは、ＩＯコネクタは、材料費の大きな部分を占めるからである。
【００４９】
図１１に示すように、各ＬＥＤは、行及び列のＩＯコネクタの選択によりアクセスされる。行を選択するために４つのプッシュ・プルドライバが使用され、そして列を選択するために４つのプッシュ・プルドライバが使用される。指定のＬＥＤは、その行の適当なプッシュ・プルドライバを高に駆動し、そしてその列の適当なプッシュ・プルドライバを低に駆動することにより、作動される。図１１は、左から２番目のプッシュ・プルドライバが低に駆動されそして上から２番目のプッシュ・プルドライバが高に駆動されるところを示す。対応的に、図１１に丸で囲まれたＬＥＤが作動される。
【００５０】
当業者であれば、ＬＥＤの行及び列座標は、ＬＥＤ及びプッシュ・プルドライバの物理的な配置に関係しないことが明らかであろう。従って、ＬＥＤは、長方形マトリクスに物理的に位置される必要はない。
【００５１】
本発明の別の実施形態では、プッシュ・プルドライバに代わって電流ソースドライバが使用される。本発明の更に別の実施形態では、プッシュ・プルドライバに代わって電流シンクドライバが使用される。本発明の更に別の実施形態では、あるプッシュ・プルドライバが電流ソースドライバに結合され、そして他のプッシュ・プルドライバが電流シンクドライバに結合される。
【００５２】
iii．ＬＥＤ電流スイッチＡ
本発明によるＬＥＤスイッチＡを示す図１２について説明する。ＬＥＤスイッチＡは、ＬＥＤ１３０を制御するプッシュ・プルドライバである。これらプッシュ・プルドライバは、ＬＥＤ回路ＬＥＤ００−ＬＥＤ１５の各々における電力トランジスタのゲートを制御する。ＬＥＤドライバがＬＥＤ１３０を動作するに充分な電流を供給するシステムでは、スイッチＡを除去して、ＬＥＤ１３０を、ＬＥＤセレクタ１６０により直接制御することができる。
【００５３】
iv．ＬＥＤ電流リミッタＢ
本発明の一実施形態によりＶＲＯＷ及びＶＣＯＬを経てＬＥＤへの電流を制限したり向けたりするために使用される電流リミッタＢを示す図１３Ａについて説明する。図１３Ａに示すように、トランジスタ３００は、ＲＯＷ＿ＥＮ＿Ｎで示す信号により、ＶＲＯＷを経てタッチスクリーン１００（図５）の頂部に沿った行ＬＥＤ０−７へ発生される電流を制御する。同様に、第２のトランジスタ（図示せず）は、ＣＯＬ＿ＥＮ＿Ｎで示す信号により、ＶＣＯＬを経てタッチスクリーン１００の右縁に沿った列ＬＥＤ８−１５へ発生される電流を制御する。ＲＯＷ＿ＥＮ＿Ｎが低であるときには、対応ビットがシフトレジスタ１１０内にある行ＬＥＤのどれかがセットされ、光パルスを発生する。同様に、ＣＯＬ＿ＥＮ＿Ｎが低であるときにも、対応ビットがシフトレジスタ１１０内にある列ＬＥＤのどれかがセットされ、光パルスを発生する。トランジスタ３００は、オランダのＮＸＰセミコンダクタ社により製造されるトランジスタのような低飽和電圧型トランジスタである。
【００５４】
トランジスタ３００によりゲート作動されそしてＶＲＯＷにより発生される電流の大きさは、抵抗器Ｒ１、Ｒ２及びＲ３により決定される。より詳細には、電流限界ＶＲＯＷは、ベース電流を無視すると、次のように表される。
0005508440.tif 000002
但し、＋３Ｖは、コントローラ１５０（図６）への入力電圧であり、Ｕｂｅは、トランジスタ３００のベース／エミッタ電圧である。
【００５５】
本発明の一実施形態によりＶＲＯＷ及びＶＣＯＬを経てＬＥＤへの電流を制限したり向けたりするために使用される別の電流リミッタＢを示す図１３Ｂについて説明する。図１３Ａの場合と同様に、図１３Ｂには、入力ＲＯＷ＿ＥＮを受け取りそしてＶＲＯＷを経て送られる電流を制御する１つの電流リミッタだけが示されており、同様の電流リミッタ（図示せず）は、入力ＣＯＬ＿ＥＮを受け取り、そしてＶＣＯＬを経て送られる電流を制御する。回路４００の点線部分は、ＬＥＤ回路を表し、そして実線に接続される点線は、ＶＲＯＷに対応する。
【００５６】
図１３Ｂに示されているのは、バンドギャップ電圧安定器Ｄ２又はそのような他の電圧安定器で、それに流れる電流に関わりなく、それにまたがって一定の電圧効果が生じるものである。電流が保持電流より高い限り、Ｄ２にまたがる電圧は一定である。抵抗器Ｒ１は、ダイオード電流、及びＮＰＮトランジスタＱ１のベース電流を供給する。ＶＺで表される一定のダイオード電圧は、Ｑ１のベースとエミッタ抵抗Ｒ２とにまたがって印加される。
【００５７】
回路４００が動作されるときに、ＶＲ２で表されるＲ２にまたがる電圧は、ＶＲ２＝ＶＺ−ＶＢＥにより与えられ、但し、ＶＢＥは、Ｑ１のベース／エミッタ電圧降下である。ＩＥで表されるＱ１のエミッタ電流は、ＩＲ２で表されるＲ２の電流でもあり、次の式により与えられる。
0005508440.tif 000003
ＶＺは一定であり且つＶＢＥは所与の温度に対してほぼ一定であるから、ＶＲ２は一定で且つＩＥは一定となる。トランジスタの作用により、電流ＩＥは、負荷に流れる電流であるＩＣで表されたトランジスタのコレクタ電流にほぼ等しい。従って、初期の作用によるトランジスタの出力抵抗を無視すると、負荷電流は一定であり、回路は、定電流ソースとして動作する。
【００５８】
温度が著しく変化しないとすれば、負荷電流は、ＶＲ１で表される供給電圧と独立しており、トランジスタの利得Ｒ２は、負荷電流を希望の値にセットできるようにする。特に、Ｒ２は、次の式で与えられる。
0005508440.tif 000004
というのは、ＶＢＥは、一般的に、シリコンデバイスの場合に０．６５Ｖだからである。
【００５９】
ＶＢＥは、温度に依存し、即ち温度が高いほど、ＶＢＥが低くなる。ＶＺも温度に依存し、即ち温度が高いほど、ＶＺも低くなる。従って、回路４００は、両電圧が同時に増加又は減少するので自己調整であり、実質的に一定の電圧ＶＲ２を生じる。
【００６０】
光パルスを発生するときには、信号ＲＯＷ＿ＥＮが最初に低にセットされる。キャパシタＣ１も低であり、電荷の蓄積を開始する。その後、ＲＯＷ＿ＥＮが短時間高にセットされて、光パルスを活性化し、Ｃ１の電荷がそれに応じて上昇する。バンドギャップダイオードＤ１の存在は、ＲＯＷ＿ＥＮが再び低にセットされたときにＣ１の電荷が素早く低下するように保証する。従って、ダイオードＤ１の存在は、回路４００を、複数のパルスが続くことで生じる過剰電荷から保護する。
【００６１】
抵抗Ｒ１は、次の式で与えられる。
0005508440.tif 000005
但し、ＩＢは、次の式で与えられ、
0005508440.tif 000006
そしてｈＦＥ(ｍｉｎ)は、使用される特定のトランジスタ形式に対する最低許容電流利得である。パラメータＫは、Ｒ１が充分に低く且つＩＢが充分であることを保証するために１．２ないし２．０の範囲である。
【００６２】
ｖ．ＰＤセレクタ１７０及びシフトレジスタ１２０
本発明の一実施形態による１６個のＰＤ１４０のアレイのためのシフトレジスタ１２０を示す図１４について説明する。図１４に示すＰＤシフトレジスタは、図８のＬＥＤシフトレジスタと同様である。ＬＥＤ１３０とは対照的に、ＰＤ１４０は、ＬＥＤ１３０に使用されたスイッチＡのような中間スイッチを伴わずに直接的に作動される。シフトレジスタ１２０は、図７に示したＰＤ＿ＣＴＲＬ信号を経てコントローラ１５０へ接続される。ＰＤ＿ＣＴＲＬ信号は、以下に説明する。
【００６３】
最初に、ＰＤ出力は、高にセットされる。シフトレジスタ１２０（図５）の少なくとも１ビットが値１であると、それに対応する少なくとも１つのＰＤを、その出力を低にセットすることで作動させる。ＰＤの出力信号は、信号ＰＤＲＯＷ又はＰＤＣＯＬを経てコントローラ１５０へ返送される。
【００６４】
本発明の一実施形態により選択されたＰＤを作動するための波形を示す図１５について説明する。図１５は、図７からの信号ＳＩ、ＳＣＫ、ＲＣＫ、ＳＣＬＲ＿Ｎ及びＯＥ＿Ｎの使用を示している。
【００６５】
時間ｔ１において、低ＳＣＬＲ＿Ｎ信号は、全てのＰＤ出力を低にセットし、そしてシフトレジスタ１２０をクリアする。時間ｔ２において、低ＳＩ信号が“１”の作動値をシフトレジスタ１２０の始めに入れる。信号ＳＣＫの各立ち上りの高縁において、シフトレジスタ１２０のデータがレジスタへと更にシフトされ、レジスタの始めに新たなビット値が入れられる。信号ＲＣＫの立ち上りの高縁は、シフトレジスタ１２０からＩＣ３及びＩＣ４へデータを転送し、ビットストリング内の対応位置におけるビット値に基づいて対応ＰＤを選択又は選択解除する。従って、第１の高ＲＣＫ信号は、シフトレジスタ１２０のデータに基づいて第１のＰＤを選択し、その後、ＳＣＫサイクルがシフトレジスタ１２０のデータをシフトし、その後、第２のＲＣＫ信号が、第１のＰＤを選択解除すると共に、シフトされたデータに基づいて第２のＰＤを選択する。従って、時間ｔ３において、ＰＤ０６が選択され、そして時間ｔ４において、ＰＤ０６が選択解除されてＰＤ０７が選択される。
【００６６】
図１１に示すＬＥＤドライバのマトリクスについて上述したように、本発明の実施形態では、ＰＤ受光器の同様のマトリクスが使用される。この点に関して、本発明の一実施形態によるタッチスクリーンのためのホトダイオードマトリクス５００を示す図１６について説明する。図１６に示すマトリクス５００は、ＰＤの４ｘ４アレイを含む。一般的に、マトリクス５００は、ｍｘｎ個のＰＤのアレイを含む。マトリクス５００は、ｍ＋ｎ個のＩＯコネクタしか必要としない。対照的に、従来のシステムは、複数のＰＤをスキャンするためにＰＤ当たり２つのＩＯコネクタを必要とし、従って、マトリクス５００は、２ｍｎ−ｍ−ｎ個のコネクタの節約を表す。マトリクス５００の各ＰＤは、ＰＤの行及び列に対応して、適当な行コネクタ及び適当な列コネクタを選択することによってアクセスされる。
【００６７】
図１６には、４つの１対２アナログスイッチ５１０及び４つのプッシュ・プルドライバ５２０が示されている。アナログスイッチ５１０は、行を選択するのに使用され、そしてプッシュ・プルドライバ５２０は、列を選択するのに使用される。各アナログスイッチ５１０に対して、ある端子がＧＮＤに接続され、そして他の端子が、増幅器５４０及びＡＤＣ５５０を含む受信電子装置５３０に接続される。アナログスイッチ５１０の１つを受信電子装置５３０へオープンしそして残りのスイッチをＧＮＤにすることで、アクティブな受信行を選択するように働く。プッシュ・プルコネクタ５２０の１つを低へ駆動しそして残りのコネクタを高へ駆動することで、アクティブな列を選択するように働く。図１３に示すマトリクス５００の場合に、上から２番目のアナログスイッチは、オープンであり、そして左から２番目のプッシュ・プルコネクタは、低である。アクティブな行及び列に対応するＰＤは、マトリクス５００において丸で囲んで示されている。
【００６８】
当業者であれば、ＰＤの行列座標は、タッチスクリーン１００上のＰＤの物理的配置に関係ないことが明らかであろう。行列座標は、ＰＤの制御された選択にのみ使用される。
【００６９】
本発明の一実施形態によれば、各ＰＤ受光器は、ホトダイオード５６０及びブロッキングダイオード５７０を備えている。ブロッキングダイオード５７０は、隣接するダイオード５６０間の障害を防止するために使用される。本発明の一実施形態によれば、ブロッキングダイオード５７０は、逆方向電流が低く且つ逆方向キャパシタンスが低い形式のダイオードである。
【００７０】
更に、本発明の一実施形態によれば、プッシュ・プルドライバ５２０の電圧＋Ｖは、受信電子装置５３０の電圧＋Ｖref以上である。プッシュ・プルドライバ５２０の電圧＋Ｖが＋Ｖrefより若干高いことで、性能が改善される。というのは、アクティブな行列に対応するＰＤ受光器のブロッキングダイオードを除いて、全てのブロッキングダイオード５７０が逆状態にあるからである。
【００７１】
vi．ＰＤ受光器１４０
本発明の実施形態によれば、タッチスクリーン１００に使用するＰＤ受光器について幾つかの構成を説明する。各構成において、ＰＤ出力がアナログ／デジタルコンバータ（ＡＤＣ）へ送られる。このＡＤＣは、予想される出力範囲に一致し、出力範囲は、構成ごとに異なる。タッチスクリーン１００の精度は、ＡＤＣの精度に大きく依存する。
【００７２】
ＰＤ受光器構成は、３つのパラメータ、即ち（１）コントローラ１５０に入るＰＤ信号の数、（２）ＰＤ電流を、それがコントローラ１５０に入るときにバイアスしサンプリングするのに使用される積分回路の形式、及び（３）信号フィルタ及び増幅回路がもし使用されれば、その形式、により決定される。
【００７３】
（１）コントローラ１５０に入るＰＤ信号の数に関して、第１のＰＤ受光器構成では、タッチスクリーン１００の各縁に沿ったＰＤが個別の出力を有する。従って、タッチスクリーン１００の各縁に沿って配列されたＰＤに対して少なくとも１つの回路が設けられ、そして他の縁に沿って配列されたＰＤに対して少なくとも１つの他の回路が設けられる。この点に関して、信号ＰＤＲＯＷへとチャンネル化されるある縁に沿った全てのＰＤ出力と、信号ＰＤＣＯＬへとチャンネル化される第２の縁に沿った全てのＰＤ出力とを示す図５を再び参照する。電流を制御すると共に、電圧振幅範囲をセットするために、キャパシタ及びバイアス抵抗器がＡＤＣ入力信号の各々に結合される。
【００７４】
第２のＰＤ受光器構成では、限定された数のＰＤが各ＡＤＣ入力に接続される。ＰＤは、例えば、区分当たり４つまでのＰＤという区分にグループ編成される。従って、各出力は、４つのＰＤを積分する。この第２の構成の効果は、キャパシタンスが低く、且つ選択されなかった隣接ＰＤからの障害が少ないことである。
【００７５】
キャパシタンス、及び選択されなかった隣接ＰＤからの障害を更に減少するために、本発明の一実施形態では、選択されたＰＤ信号しか出力しない少なくとも１つのマルチプレクサが追加される。この点に関して、本発明の一実施形態によりＰＤ出力セレクタとして動作するマルチプレクサ１７１を示す図１７について説明する。図１７は、８つのＰＤ信号を入力として各々受信しそして単一の出力信号を発生する２つの並列のマルチプレクサ１７１を示している。図６を参照して上述したように、ＰＤ出力は、信号フィルタ・増幅器１７５により処理される。６４個のＰＤを伴うタッチスクリーンの場合に、各々が８つのＰＤ入力信号を取り上げて信号フィルタ・増幅器１７５へ出力する８つのマルチプレクサ１７１を使用する構成では、８つのこのようなフィルタ・増幅器１７５が使用される。
【００７６】
図１７に示す点線は、点線の右側に示されたコントローラ１５０の内部コンポーネントを、点線の左側に現れるコントローラ１５０の外部コンポーネントから分離する。コントローラ１５０は、アナログ／デジタルコンバータ１５２に接続されるマルチプレクサ１５１を含む。上部からマルチプレクサ１７１に入る信号は、コントローラ１５０からの制御信号である。このような各制御信号は、８つの入力ＰＤのうちの１つの選択を制御するために３ビットを使用する。一般に、２nまでの入力ＰＤの選択を制御するのにｎ個の制御ビットで充分である。
【００７７】
入力ＰＤの選択を制御するのに使用される３つの制御ビットに加えて、各マルチプレクサ１７１は、コントローラ１５０から出力イネーブル制御ビットＯＥ＿ＮＯＴを受け取る。ＯＥ＿ＮＯＴがゼロにセットされると、ＰＤドライバは、選択されたＰＤ信号を出力する。ＯＥ＿ＮＯＴが１にセットされると、ＰＤドライバは、高インピーダンス信号を出力する。
【００７８】
テーブルＩは、各ＰＤマルチプレクサ１７１に使用される論理的入力／出力関係の概略を示す。
0005508440.tif 000007
【００７９】
当業者であれば、最適なマルチプレクサ１７１をもつ及びもたない第１及び第２の構成は、信号発生回路又は複数の信号発生回路に各々対応するＰＤ＿ＲＯＷ及びＰＤ＿ＣＯＬ信号の発生をベースとするものであることが明らかであろう。
【００８０】
第２の構成によれば、個別の電流積分セルが列ＰＤのサブグループ及び行ＰＤのサブグループに指定される。例えば、１つの電流積分器が８つのＰＤに指定される。この実施形態では、サブグループごとに１つの、複数の入力がコントローラ１５０に与えられる。図７に示すコントローラ１５０は、このように、コントローラ１５０への８つの入力信号を経て、８つのサブグループにグループ編成された６４個のＰＤを収容するように使用される。特に、８つの入力は、ＰＤ＿ＲＯＷ＿１、ＰＤ＿ＲＯＷ＿２、ＰＤ＿ＲＯＷ＿３、ＰＤ＿ＲＯＷ＿４、ＰＤ＿ＣＯＬ＿１、ＰＤ＿ＣＯＬ＿２、ＴＯＵＣＨ＿ＳＩＧＮＡＬ及びＴＯＵＣＨ＿ＳＩＧＮＡＬ＿２であり、但し、ＴＯＵＣＨ＿ＳＩＧＮＡＬ及びＴＯＵＣＨ＿ＳＩＧＮＡＬ＿２は、各々、ＰＤ＿ＣＯＬ＿３及びＰＤ＿ＣＯＬ＿４として使用される。
【００８１】
vii．ＰＤ電流積分器１８０
ＰＤ電流を、それがコントローラ１５０に入るときにバイアスしサンプリングするのに使用される積分回路の形式に関して、幾つかの別の構成及び動作方法が提供される。
【００８２】
第１の構成によれば、コントローラ１５０に入るＰＤ＿ＲＯＷ及びＰＤ＿ＣＯＬ信号の各々は、線形増幅をセットするバイアス抵抗器、及びＰＤ電流を時間で積分するキャパシタに結合される。この点に関して、本発明の一実施形態によりタッチスクリーン１００のＰＤ受光器１４０に関連して使用される抵抗器ベースの電流積分器１８０を示す図１８Ａについて説明する。図１８Ａに示す点線は、点線の右側に示されたコントローラ１５０の内部コンポーネントを、点線の左側に現れるコントローラ１５０の外部コンポーネントから分離する。
【００８３】
第２の構成によれば、バイアス抵抗器が除去され、トランジスタを使用して電圧振幅範囲がセットされる。
【００８４】
この点に関して、本発明の一実施形態によりタッチスクリーン１００のＰＤ受光器１４０に関連して使用されるトランジスタベースの電流積分器１８０を示す図１８Ｂについて説明する。図１８Ｂに示す点線は、点線の右側に示されたコントローラ１５０の内部コンポーネントを、点線の左側に現れるコントローラ１５０の外部コンポーネントから分離する。トランジスタＴ１がコントローラ１５０内に配置され、選択されたＰＤによりサンプリングされる電流を効率的に制御するのに使用される。本発明の別の実施形態では、コントローラ１５０の外部コンポーネントを使用して、電流が制御される。
【００８５】
トランジスタＴ１がオープンであると、キャパシタＣが充電し、ホトダイオードに流れる電流ｉを積分する。Ｃの電圧は、次の式で与えられる。
0005508440.tif 000008
トランジスタＴ１が閉じると、キャパシタＣが放電し、Ｃの電圧は、０ボルトに下がる。電流の正確な測定値を得るために、図１８Ｂのサンプル・ホールド（Ｓ／Ｈ）要素は、サンプル積分が開始する前に放電され、そしてＳ／Ｈは、サンプル積分時間を通してオープンとなる。この実施形態では、図１８Ｂのアナログ／デジタルコンバータＡＤＣは、積分時間中はアクティブでない。
【００８６】
別の実施形態では、Ｓ／Ｈは、Ｓ／Ｈの内部キャパシタを事前に放電せずに、積分時間の終わりにサンプリングするように構成される。この実施形態では、Ｓ／Ｈに関連したキャパシタと積分回路との間に電圧差が生じることがある。
【００８７】
コントローラ１５０を参照して上述したように、コントローラの外部として図示された要素は、他の具現化では、コントローラ１５０の内部に存在してもよい。
【００８８】
本発明の一実施形態による時間での電流積分を示す図１９について説明する。図１９に示すように、トランジスタＴ１がターンオンされると、キャパシタＣの電流がゼロにリセットされる。トランジスタＴ１がターンオフされると、キャパシタＣが時間での電流積分を開始する。使用される測定値は、サンプルウインドウの終わりの電流値である。
【００８９】
トランジスタベースの回路は、ＰＤ信号の線形増幅をセットするために抵抗器を使用するものに勝る幾つかの効果を発揮する。抵抗器は、周囲光のような低周波数ノイズに対して高いバイアスを有し、従って、周囲光は、光パルスより大きく増幅される。更に、システムは、指定のＰＤにより感知される周囲光を、選択されたＬＥＤから光パルスを発生する前に測定し、基線値を確立する。従って、低周波数周囲光に対する抵抗器バイアスは、周囲光の測定値を光パルスの測定値より大きく増幅する。これらの抵抗器を排除することにより、システムは、周囲光測定値及び光パルス測定値の両方に対して同様のバイアスレベルを登録する。
【００９０】
トランジスタベースの回路の別の効果は、抵抗器構成における抵抗器が、測定と測定との間に完全に放電するために、トランジスタＴ１より長い時間を要することである。これは、ひいては、次々のＰＤの測定と測定との間、並びに同じＰＤの次々の測定と測定との間に短いインターバルを使用できるようにする。特に、後続のＰＤが、手前のＰＤより、低い周囲光、又は他のそのようなノイズを感知するケースでは、抵抗器構成では、手前のＰＤの周囲レベルより低く回路を完全に放電するのに比較的長い放電インターバルが要求される。抵抗器が排除されたトランジスタベースの回路では、この問題が克服される。測定回路にあまり残留電流が存在しない状態で電流測定値が時間で線形積分されるので、トランジスタベースの回路は、均一の測定インターバルを要求する。従って、この構成は、同じ時間量で測定値を積分するように保証するために正確なタイミングを必要とする。これと対照的に、抵抗器を使用するときには、本来精度が低いので、サンプリングには、あまり厳密なタイミングが要求されない。例えば、クロックジッタは、トランジスタベースの回路を伴うシステムでも性能を損ない、抵抗器を伴うシステムでは、それ以上である。
【００９１】
本発明の一実施形態によるＰＤサンプリング方法の簡単なフローチャートである図２０について説明する。図２０に示す方法は、ＰＤをサンプリングするのに使用される図１８Ｂのトランジスタベースの回路に関係している。
【００９２】
ステップ１０００において、全てのトランジスタＴ１、Ｔ２及びＴ３がターンオフされる。ステップ１００５において、トランジスタＴ２をターンオンすることによりＰＤが選択される。ステップ１０１０において、Ｓ／Ｈ回路がオープンされ、そしてトランジスタＴ１がターンオンされる。これは、キャパシタＣ及びＳ／Ｈ回路内のキャパシタを放電させる。Ｓ／Ｈ回路が放電されない場合には、手前の測定からの残留が生じ得る。ステップ１０１５において、Ｓ／Ｈ回路は、ホールドのために閉じられる。ステップ１０２０において、電流の積分を開始するためにトランジスタＴ１がターンオフされる。ステップ１０２５において、この方法は、指定の時間量、例えば、１０μｓの待機となる。ステップ１０３０において、Ｓ／Ｈ回路がオープンされる。ステップ１０３５において、この方法は、Ｓ／Ｈ回路により要求される少なくとも最小の時間量、例えば、１μｓの待機となる。ステップ１０４０において、Ｓ／Ｈ回路が閉じられて、アナログ／デジタル変換が開始される。
【００９３】
ステップ１０４５において、キャパシタＣを放電するためにトランジスタＴ１がターンオンされる。ステップ１０５０において、この方法は、キャパシタの放電のために１μｓの待機となる。ステップ１０５５において、トランジスタＴ３をターンオンすることによりＬＥＤがターンオンされる。
【００９４】
ステップ１０６０において、新たな積分／測定を開始するためにトランジスタＴ１がターンオフされる。ステップ１０６５において、この方法は、指定の時間量、一般的には、ステップ１０２５と同じ時間量の待機となる。ステップ１０６５は、性能のために行われる。ステップ１０７０において、Ｓ／Ｈ回路がオープンされる。ステップ１０４０からの変換が準備され、記憶されねばならない。ステップ１０７５において、この方法は、Ｓ／Ｈ回路により要求される少なくとも最小の時間量、例えば、１μｓの待機となる。ステップ１０８０において、Ｓ／Ｈ回路が閉じられて、アナログ／デジタル変換が開始される。ステップ１０８５において、トランジスタＴ３をターンオフすることによりＬＥＤがターンオフされる。ステップ１０９０において、キャパシタＣを放電するためにトランジスタＴ１がターンオンされる。最終的に、ステップ１０９５において、この方法は、キャパシタを放電するために１μｓの待機となる。
【００９５】
本発明の一実施形態によれば、ＬＥＤがオンであるときに複数の測定値を得、又、ＬＥＤがオフであるときに複数の測定値を得るために、図２０のステップ１０００−１０９５が、数回、例えば、５ないし２０回、繰り返される。ＬＥＤがオンであるときの値を累積し、ＬＥＤがオフであるときの値を差し引きすることにより、バックグランド周囲光が測定される。
【００９６】
この点に関して、本発明の一実施形態によりＬＥＤがオンのときにパルスを加算しそしてＬＥＤがオフのときにパルスを減算することにより周囲光を測定するところを示す図２１について説明する。図２１に示すサンプルＡないしＪに関して、累積信号は、Ｂ−Ａ＋Ｄ−Ｃ＋Ｆ−Ｅ＋Ｈ−Ｇ＋Ｊ−Ｉである。信号対雑音比は、次の式で与えられる。
0005508440.tif 000009
信号は、電力の平方である電圧メトリックに基づいて累積される。ノイズは、電圧の平方根である電力メトリックにより累積される。信号がバックグランド光より著しく低い場合には、ＤＣブロッキングが使用される。当業者であれば、図２０の方法は、とりわけ、次のことを含む多数の効果を発揮することが明らかであろう。
・異なるＰＤの測定と測定との間の迅速な切り換え及び短い安定化時間
・バックグランド（ＡＣ）及び光パルス（ＤＣ）の実質的に等しい増幅、及び
・パルス列を測定できること
【００９７】
本発明の別の実施形態では、積分及びアナログ／デジタル変換が順次に遂行される。この別の実施形態は、Ｓ／Ｈ回路のキャパシタが各電流積分の前に放電されて、より正確な測定値を与えるという効果を有する。従って、この別の実施形態が、ＡＳＩＣを使用して具現化される場合には、積分器及びＳ／Ｈが同じ機能ブロック内にある。しかしながら、第１信号のアナログ／デジタル変換が第２信号の積分と同時に行われる場合には、積分器及びＳ／Ｈが個別の機能ブロックになければならない。
【００９８】
本発明の一実施形態による別のＰＤサンプリング方法の簡単なフローチャートである図２２について説明する。図２２に示す方法は、ＰＤをサンプルするために使用される図１８Ｂのトランジスタベースの回路に関係している。
【００９９】
ステップ１１００において、全てのトランジスタＴ１、Ｔ２及びＴ３がターンオフされる。ステップ１１０５において、トランジスタＴ２をターンオンすることによりＰＤが選択される。ステップ１１１０において、Ｓ／Ｈ回路がオープンされ、そしてトランジスタＴ１がターンオンされる。これは、キャパシタＣ及びＳ／Ｈ回路内のキャパシタを放電させる。Ｓ／Ｈ回路が放電されない場合には、手前の測定からの残留が生じ得る。ステップ１１１５において、この方法は、キャパシタが放電するために１μｓ待機する。ステップ１１２０において、電流の積分を開始するためにトランジスタＴ１がターンオフされる。ステップ１１２５において、この方法は、指定の時間量、即ち１０μｓの待機となる。ステップ１１３０において、Ｓ／Ｈ回路が閉じ、アナログ／デジタル変換が開始する。ステップ１１３５において、この方法は、ステップ１１３０からの変換が完了するのを待機する。
【０１００】
ステップ１１４０において、キャパシタＣを放電するためにトランジスタＴ１がターンオンされ、そしてＳ／Ｈ回路がオープンされる。ステップ１１４５において、この方法は、キャパシタが放電するために１μｓ待機する。ステップ１１５０において、トランジスタＴ３をターンオンすることによりＬＥＤがターンオンされる。ステップ１１５５において、新たな積分／測定を開始するためにトランジスタＴ１がターンオフされる。ステップ１１６０において、この方法は、指定の時間量、一般的には、ステップ１１２５と同じ時間量の待機となる。ステップ１１６０は、性能のために行われる。
【０１０１】
ステップ１１６５において、Ｓ／Ｈ回路が閉じ、アナログ／デジタル変換が開始される。ステップ１１７０において、トランジスタＴ３をターンオフすることによりＬＥＤがターンオフされる。ステップ１１７５において、この方法は、変換が完了するのを待機する。
【０１０２】
図２０の方法と同様に、図２２のステップ１１０５−１１７５は、複数のパルスに対して繰り返される。周囲光を測定するために、ＬＥＤがオンであるときの値が累積されると共に、ＬＥＤがオフセルときの値が差し引かれる。
【０１０３】
viii．ＰＤ信号フィルタ・増幅器１７５
信号フィルタ・増幅回路が使用される場合にはその形式について説明する。図２３Ａは、本発明の一実施形態によりタッチスクリーン１００の１つの縁に沿って配列されたＰＤに使用される信号フィルタ・増幅器１７５の回路図である。ＰＤ＿ＣＯＬと示された信号フィルタ・増幅器１７５への入力は、選択された列ＰＤからの出力電流である。信号フィルタ・増幅器１７５の出力電流は、図７に示すＴＯＵＣＨ＿ＳＩＧＮＡＬ信号を経てコントローラ１５０へ送られる。タッチスクリーン１００の他の縁に沿って配列されたＰＤに使用される同様の回路（図示せず）は、選択された行ＰＤからの電流を処理し、そして図７に示すＰＤ＿ＲＯＷ＿ｎ信号の１つを経てコントローラ１５０へ出力電流を送る。この実施形態では、残りのＰＤ＿ＲＯＷ及びＰＤ＿ＣＯＬ信号は、使用されない。１つの縁に沿ったＰＤが、第２のＰＤ受光器構成について上述したようにサブグループへとグループ編成されるときには、付加的なフィルタ・増幅回路が使用される。このケースでは、コントローラ１５０へのＡＤＣ入力の数により要求される付加的なＰＤ＿ＲＯＷ及びＰＤ＿ＣＯＬ信号が使用される。
【０１０４】
図２３Ａに示す回路は、２つのフィルタ・増幅経路を含む。一方の経路は、図２３Ａの中央のＴＯＵＣＨ＿ＳＩＧＮＡＬで終わり、そして第２のフィルタ・増幅を行う別の経路は、図２３Ａの右側のＴＯＵＣＨ＿ＳＩＧＮＡＬ＿２で終わる。本発明の一実施形態では、両出力ＴＯＵＣＨ＿ＳＩＧＮＡＬ及びＴＯＵＣＨ＿ＳＩＧＮＡＬ＿２は、コントローラ１５０に接続され、そしてコントローラ１５０で実行されるファームウェアを使用して、２つの信号の１つを選択する。本発明の別の実施形態では、出力の１つだけがコントローラ１５０に接続される。
【０１０５】
信号フィルタ・増幅器１７５は、抵抗器Ｒ１０及びＲ１１のような２つの抵抗器、及びキャパシタＣ１０のような１つのキャパシタを有する受動的サブ回路を備えている。Ｒ１２及びＲ１３のような抵抗器は、パススルーゼロオーム抵抗器である。
【０１０６】
ＰＤ＿ＣＯＬは、抵抗器Ｒ１０、Ｒ１２、Ｒ１３及びＲ１４と、キャパシタＣ１０及びＣ１１とを経て、ＡＤＣ入力に接続される。本発明の一実施形態によれば、キャパシタＣ１１は、ゼロオームキャパシタである。信号レベルは、抵抗器Ｒ１３及びキャパシタＣ１によってセットされる。Ｒ１３は、ＡＤＣに入る電圧振幅範囲をセットし、そしてＣ１は、電流を積分して、ＡＤＣへの電圧入力を発生する。この構成によれば、信号は、所定の範囲内、例えば、ＶとＶＣＣとの間でバイアスする必要はない。というのは、オープンコレクタを使用して、能動的ＰＤ出力値を読み取るからである。図２３Ａでは、信号が＋３Ｖ以下の範囲であることに注意されたい。
【０１０７】
本発明の一実施形態による別の信号フィルタ・増幅器回路が図２３Ｂに示されている。この実施形態では、ＯＰ増幅器が、低インピーダンスの電流／電圧増幅器、即ちトランスインピーダンス増幅器のように働く。この構成は、キャパシタンスに対する感度を下げ、より真の電流感知を与える。この実施形態では、光と電流との関係が実質的に直線的である。
【０１０８】
図２３Ｂを参照すれば、信号フィルタ・増幅器１７５は、選択された列ＰＤからの出力電流、ＰＤ＿ＣＯＬで表す、を入力として受け取る。信号フィルタ・増幅器１７５の出力電流は、図７に示すＴＯＵＣＨ＿ＳＩＧＮＡＬ信号を経てコントローラ１５０へ送られる。タッチスクリーン１００の他の縁に沿って配列されるＰＤに使用される同様の回路（図示せず）は、選択された行ＰＤからの電流を処理し、そして図７に示すＴＯＵＣＨ＿ＳＩＧＮＡＬ＿２信号を経てコントローラ１５０へ出力電流を送る。
【０１０９】
この実施形態では、増幅器を振動させる高い増幅グレードを排除するために大きな位相余裕を使用する。
【０１１０】
図２３Ａの個別トランジスタ増幅回路は、高い周波数応答を有しコストが低いという効果がある。しかしながら、それらは、時間での積分が非直線的であるという欠点もある。
【０１１１】
図２３Ａの個別トランジスタ増幅回路の特徴は、ＤＣ増幅が減少され、従って、ＰＤ受光器が全体的にＡＣ電流を生じることである。しかしながら、大きな信号差のあるＰＤ間でシフトするときには問題が生じ得る。例えば、第１のＰＤが僅かな光を受け取り、トランジスタベースの増幅器により指定の範囲内で増幅され、そして第２のＰＤが、周囲光源に対するその位置に基づいて実質的により多くの光を受け取ると仮定する。従って、第１の信号を大きく増幅するトランジスタベースの増幅器は、第２のＡＣ信号も大きく増幅すると共に、第２信号のＤＣ値を含む信号間の差の立ち上り縁も増幅する。これら増幅されたＤＣ値と第２のＰＤのＡＣとの合成で、得られる信号が、例えば、３Ｖの最大電圧を越えて増幅される。
【０１１２】
２．タッチスクリーン１００の光学系
ＬＥＤ及びＰＤのための従来のレンズアッセンブリを示す図２４を参照する。
【０１１３】
本発明の一実施形態によりタッチスクリーンのＬＥＤ及びＰＤに使用されるレンズアッセンブリを示す図２５Ａを参照する。図２５Ａには、ＬＥＤレンズ側の４つの光学面と、ＰＤ側の４つの光学面が示されている。焦点長さｆは、ＬＥＤから最後のレンズ面「レンズ面２」までの距離と必ずしも同じでない。このような距離より大きくても小さくてもよい。焦点長さがこのような距離より小さい場合には、光が大きな受光面にわたって分散し、そして受光側が大きな面積をスキャンし、従って、より多くのバックグランド光を受ける。それでも、焦点長さを、ＬＥＤから最後のレンズ面までの距離より若干短くするのが好都合である。というのは、最適な設計は、光学素子の公差を考慮できるからである。
【０１１４】
本発明の一実施形態により、Ｘ及びＹで表された光ビームの２つのグループを分散するためのレンズアッセンブリを示す図２５Ｂを参照する。図２５Ｂには、タッチスクリーンの表面と実質的に平行に整列されたレンズアッセンブリと、タッチスクリーンの表面とある角度でスキューされた第２のレンズアッセンブリとが示されている。この第２のレンズアッセンブリは、タッチスクリーン付近に位置する指又はスタイラスが光ビームＹの幾つか又は全部をＰＤ受光器へ反射するように配列される。
【０１１５】
当業者であれば、図２５Ａ及び２５Ｂは、凸レンズを示しているが、凹レンズ及び／又は凸レンズを使用して二重焦点を得るようにしてもよいことが明らかであろう。
【０１１６】
図２５Ａに示すレンズアッセンブリは、次の目的で設計されたものである。
・ＬＥＤの光ができるだけＰＤに到達する
・周囲のバックグランド光ができるだけＰＤに到達しない
・光ビームの水平成分がＬＥＤ間の距離と同様の幅である、これは、光ビーム間の位置を補間する性能を改善する
・光ビームの垂直成分がＬＣＤスクリーン上のフレームの高さにより制限される
【０１１７】
本発明の一実施形態により図２５Ａ及び２５Ｂの各レンズアッセンブリに対応する簡単なレンズアッセンブリを示す図２６Ａ及び２６Ｂについて説明する。図２６Ａの簡単なレンズアッセンブリは、カメラレンズに類似しているが、ｄで表されたＬＥＤ及びＰＤダイサイズ、ｆで表された焦点長さ、ａで表されたＰＤレンズ口径、及びｓで表されたＬＥＤレンズ面とＰＤレンズ面との間の距離を決定するのに有用である。ＰＤレンズ口径は、隣接するＰＤ間の距離及び隣接するＬＥＤ間の距離にほぼ等しい。理想的には、ＬＥＤは、ＰＤレンズ口径にわたって投影し、これは、関係式ｄ／ａ＝ｆ／ｓに対応する。水平レンズ及び垂直レンズのためのサンプル設計パラメータが、テーブルIIに示されている。水平及び垂直焦点が大幅に異なることに注意されたい。理想的には、水平及び垂直焦点は、ＬＥＤの中心から離れて、ターゲットＰＤに向けられ、ＬＥＤレンズから発生する全ての光がＰＤに到達するようにされる。
0005508440.tif 000010
【０１１８】
３．タッチスクリーン１００の用途
本発明の態様は、上述したタッチスクリーンの用途にも係る。次の説明は、（ｉ）指の動きに基づくユーザ入力、（ii）移動電話ハンドセット、（iii）コンピュータ用のマウス型入力装置としてのタッチスクリーン、及び（iv）タッチベースの店頭ウインドウ、を含む。
【０１１９】
ｉ．指の動きに基づくユーザ入力
図６Ａ及び６Ｂに示したように、ＰＤ受光器１４０の出力は、測定された光強度から、タッチスクリーン１００上に１つ以上の物体が位置するかどうか決定するために、コントローラ１５０により処理される。図２５の光学的アッセンブリは、タッチスクリーン１００上の複数の高さにおいて光強度を測定できるようにし、即ちタッチスクリーン１００の表面上の種々の高さにおいて三次元測定を行えるようにする。この点に関して、本発明の一実施形態によりタッチスクリーン１００の表面上の光強度の三次元測定を示す図２７を参照する。上の図は、タッチスクリーン１００上に指が位置していないときに７つの位置で測定された光強度に対応する。左下の図は、タッチスクリーン１００上に指が位置するときに７つの位置で測定された光強度に対応する。右下の図も、タッチスクリーン１００上に指が位置するときに７つの位置で測定された光強度に対応する。右下の図は、左下の図に使用された測定が行われた若干後に行われる測定に対応する。これらの図の相違は、指がタッチスクリーンのより近くまで下方に動くことを示している。その結果、より低いｚ値、即ち高さにおいて、光強度が阻止される。
【０１２０】
従って、当業者であれば、タッチスクリーン１００上の種々の高さにおける光強度の測定は、タッチスクリーン１００上の物体の位置及び動きの両方を決定できるようにすることが明らかであろう。図２７を参照すれば、ＤＩＳＴで表された左下の図及び右下の図の指位置間の距離は、光強度の読みから決定される。２つの図の測定間の時間差が分かると、指の速度ベクトルを決定することができる。速度ベクトルが実質的に下向きである場合には、速度ベクトルの大きさは、指がタッチスクリーン１００をどれほど強く押すかの指示である。速度ベクトルが実質的に右向きである場合には、指は、右向きのジェスチャーを行う。
【０１２１】
動き情報を決定することにより、タッチスクリーン１００は、とりわけ、タップ、プレス及び方向性の指ジェスチャーを含む種々のユーザ入力間を区別し、そしてそれに応じて処理を行うことができる。
【０１２２】
本発明の一実施形態による三次元感知機能を伴うタッチスクリーンを示す図２８について説明する。タッチスクリーン１００は、三次元センサとして機能する。ＰＤ受光器により測定される光輝度の増加又は減少を使用して、スクリーン表面上の指又は他の物体の存在を感知する。図２８に示すように、レンズ又はレンジのアレイは、ＬＥＤにより放射される光を複数の方向に分散させる。図２８には、光ビームの２つのグループが示されており、即ちスクリーンの表面に実質的に平行な平面に沿って向けられるＸで表された光ビームと、スクリーンの表面を横切って対角方向に且つ上方に向けられるＹで表される光ビームである。
【０１２３】
スクリーンの表面付近に物体がないときには、ＰＤ受光器は、全ての光ビームＸを測定する。スクリーンの表面上に指又は他の物体が位置されたときには、それが光ビームＹの一部分を、第２レンズ又はレンズのアレイを経て、ＰＤ受光器へ反射する。従って、ＰＤ受光器は、光ビームＸ及びＹの和に対応する高い光強度を感知する。当業者であれば、タッチスクリーンを指すのに銀のペンのような反射物体を使用すると、光ビームＹの反射度が向上されることが明らかであろう。
【０１２４】
本発明の一実施形態により、タッチスクリーン表面への物体の接近度に対応する、ＰＤ受光器により測定された異なる光強度を示すグラフである図２９について説明する。グラフの中間部は、光ビームＸに対応し、これは、光ビームＸを遮る物体がなく、光ビームＹがＰＤ受光器へ反射されないことを示す。グラフのこの部分は、スクリーン表面付近に物体がないときのデフォールトＰＤ受光器強度である。
【０１２５】
図２９に示す信号は、上昇しそして下降する。図２９の底部に示すように、ＰＤ電流が作動されると、信号が上昇する。ＰＤ電流が終了すると、信号が下降する。
【０１２６】
グラフの最も高い部分は、指又は物体が光ビームＹの大部分をＰＤ受光器へ反射することに対応する。指又は物体がスクリーン表面に接近するにつれて、測定される光輝度の大きさは、指又は物体によりＰＤ受光器へ向けられる光ビームＹの量に基づいて変化する。反射される光ビームＹの輝度が増加する作用は、指が電球に接近するときに輝度が増加する作用と同様である。即ち、指が電球に近づくにつれて、指先の光の強度が増加し、即ちより多くの光が指先により反射される。
【０１２７】
指又は物体がスクリーン表面に非常に接近して光ビームＸの一部分を阻止するときに、ＰＤ受光器における測定光輝度は、そのデフォールト値より下降し、そして物体がスクリーンにタッチして光ビームＸを実質的に完全に阻止するときに、ゼロに接近する。図２５Ａ、２６Ａ及び２７に戻ると、ＰＤ受光器により検出される光強度は、指が光ビームＸの一部分を阻止するときに、スクリーン表面に対する指の接近度の関数となることが明らかである。
【０１２８】
ii．移動電話ハンドセット
本発明のタッチスクリーンは、小型の移動電話に特に適している。これらタッチスクリーンを有する電話は、スクリーンそれ自体がタッチベースのキーパッドとして働くので、キーパッドを必要としない。タッチスクリーンは、タッチベースのユーザ入力を受け取るための入力装置として働くと共に、電話モデムにより発生されたデータを表示するための出力装置としても働く。
【０１２９】
エリクソン氏等の“INFORMATION MANAGEMENT SYSTEM WITH AUTHENTICITY CHECK”と題する米国特許公告第２００８／００７５３３Ａ１号は、紙面上のペンの位置を識別するシステムであって、紙面上の変化するパターンの映像を捕獲するカメラをペンが含むようなシステムを説明している。コンピュータユニットがその捕獲された映像を分析し、そこから、ペンの位置を決定する。更に、ペンがパターン上を移動するときにカメラにより捕獲された一連の映像を分析することにより、コンピュータユニットは、ペンにより行われるストロークを識別する。
【０１３０】
一実施形態では、本発明は、タッチスクリーンのための同様のシステムを提供する。紙面上にパターンを与えるのではなく、タッチスクリーン上に光パターンが投影される。指又は他の物体がタッチスクリーン上に位置されると、指又は他の物体は、その投影された光パターンの一部分を反射する。投影されたパターンの反射された部分だけが実質的に目に見える。
【０１３１】
タッチスクリーンに通信結合されたカメラは、タッチスクリーン上のスペースの映像を捕獲する。捕獲された映像は、指又は他の物体により反射されたパターンを示す。捕獲された映像は、コントローラへ送信され、コントローラは、捕獲された映像を分析することによりタッチスクリーン上の指又は他の物体の位置を決定する。更に、指又は他の物体がタッチスクリーン上を移動するときに捕獲される一連の映像を与えることにより、コントローラは、指又は他の物体が行ったストローク又はジェスチャーを識別する。
【０１３２】
本発明の一実施形態によるタッチスクリーン１００を伴うハンドセット６００の簡単な図である図３０Ａについて説明する。このハンドセット６００は、プロジェクタ６１０と、プロジェクタ６１０により投影された光の一部分を阻止するバリア６１３と、θで表された特定の角度にわたって光を分散するレンズ６１７とを備えている。バリア６１３は、エッチングされた金属プレートとして具現化され、エッチングされた開口のみに光を貫通させることができる。或いは又、バリア６１３は、透明な部分及び不透明な部分を有する材料として具現化されてもよい。透明な部分は、数字、文字、ドット、又は他のそのような形状のものでよい。或いは又、バリア６１３は、プロジェクタ６１０により投影された光が貫通する開口を伴う格子であってもよい。プロジェクタ６１０がバリア６１３に光を投影すると、タッチスクリーン１００上に光パターン６２０が発生される。
【０１３３】
ハンドセット６００は、更に、投影されたパターン６２の映像を捕獲するカメラ６３０も備えている。ユーザの指６４０のような物体が投影パターン６２０の範囲内にあるときには、パターン６２０の一部分が指６４０によって反射される。次いで、カメラ６３０により捕獲された映像は、パターン６２０の反射部分を示し、そこから指６４０の距離及び位置情報が導出される。指６４０、或いは他のそのような反射物体、例えば、スタイラス又はペンは、フラットな表面ではないので、パターン６２０の反射部分は、投影角以外の角度から見たときに、そらされるか、さもなければ、歪められる。カメラ６３０をプロジェクタ６１０と整列することにより、指６４０の映像は、実質的に投影角で捕獲され、その結果、パターン６２０の反射部分は、著しく歪められない。
【０１３４】
本発明の一実施形態によりスクリーン１００上のスペースへと投影されるドットのパターンを簡単に示す図３０Ｂについて説明する。図３０Ｂに示すドットのパターンは、穴がエッチングされた金属プレートとして具現化されるバリア６１３により発生される。黒いドットとして示されたドットパターンの部分は、指６４０によって反射され、そして白いドットとして示されたドットパターンの部分は、指６４０によって反射されない。指６４０により反射されるドットのパターンを分析することで、タッチスクリーンコントローラは、タッチスクリーン１００に対する指６４０の三次元位置を決定する。
【０１３５】
図３０Ｂにおける指６４０は、７個のドットのパターンを反射する。指６４０が右又は左へ移動すると、指６４０の右及び左に対して図３０Ｂに示されたドットに基づいて異なるドットパターンが指６４０に現れる。同様に、指６４０が上又は下に移動すると、指６４０上のドットの不存在及び指６４０の下に示されたドットに基づいて異なるドットパターンが指６４０に現れる。従って、指６４０のドットパターンは、ｚ軸に沿ったタッチスクリーン１００上の指６４０の高さと、ｘ軸に沿ったタッチスクリーン１００の幅に沿った指６４０の位置とを決定する。
【０１３６】
ｙ軸に沿ったタッチスクリーン１００の長さに沿った指６４０の位置は、指６４０により反射される映像のスケールから決定され、又はそれと同等であるが、投影パターンの素子のサイズによって決定される。プロジェクタ６１０は、図３０Ａに示すように、広い角度にわたってパターンを投影するので、指６４０がプロジェクタ６１０に接近しているほど、反射パターンの密度が高い。従って、反射映像の密度は、指６４０とプロジェクタ６１０との間の距離を決定する。次いで、この距離は、ｙ軸に沿ったタッチスクリーン１００の長さに沿った指６４０の位置を決定する。
【０１３７】
本発明の一実施形態によりタッチスクリーン１００上のスペースにプロジェクタ６１０により投影されて指６４０により反射されるパターン６２０の密度がプロジェクタ６１０からの指６４０の距離にどのように依存するか簡単に示す図３０Ｃについて説明する。図３０Ｃに数字“１”で表された反射パターン６２０は、プロジェクタ６１０から離れるほど、大きくスケーリングされることに注意されたい。投影パターン６２０は、レンズ６１７により角度θにわたって分散される。角度θと、捕獲されたパターン素子のサイズとを使用して、プロジェクタ６１０からの反射パターン６２０の距離を決定する。
【０１３８】
本発明の別の実施形態では、第２のプロジェクタ及びバリアがタッチスクリーン１００の第２の縁に沿って位置される。指６４０のｙ座標を決定するには、２つのカメラにより決定される指６４０の２組の相対的（ｘ、ｚ）位置座標で充分である。
【０１３９】
本発明の一実施形態によれば、指６４０の距離及び位置情報を使用して、指６４０が向けられるタッチスクリーン１００上の位置６５０を更に導出する。タッチスクリーン１００は、指６４０が向けられる位置をユーザが見て、必要に応じて、指６４０の位置を調整できるように、位置６５０をハイライトする。
【０１４０】
本発明の一実施形態によりタッチスクリーン１００上のスペースに投影される数字のパターンを簡単に示す図３０Ｄについて説明する。図３０Ｄに示す数字のパターンは、数字“１”、“２”及び“３”がリソグラフ又は他のそのようなエッチングプロセスによりエッチングされた金属プレートとして具現化されるバリア６１３により発生される。指６４０が、図３０Ｄに示すように、プロジェクタ６１０の左側でタッチスクリーン１００上に位置されると、指には数字“１”が現れ、カメラ６３０によって捕獲される。数字“２”及び“３”は見えない。
【０１４１】
同様に、指６４０がプロジェクタ６１０（図示せず）の前に位置されると、指には数字“２”が現れて、カメラ６３０によって捕獲され、そして指６４０がプロジェクタ６１０（図示せず）の右に位置されると、指には数字“３”が現れて、カメラ６３０によって捕獲される。
【０１４２】
本発明の一実施形態によりタッチスクリーン１００上のスペースに投影される数字の別のパターンを簡単に示す図３０Ｅについて説明する。図３０Ｅに示す数字のパターンは、２行の数字がエッチングされた金属プレートとして具現化されるバリア６１３により発生される。プロジェクタ６１０がバリア６１３を通して光を投影すると、スクリーン１００の表面の近くに数字“１”、“２”及び“３”が投影され、そしてスクリーン１００の表面から更に離れたところに数字“４”、“５”及び“６”が投影される。指６４０が、図３０Ｅに示すように、スクリーン１００上でプロジェクタ６１０の左上に位置されると、指６４０には数字“４”が現れて、カメラ６３０により捕獲される。残りの数字は見えない。
【０１４３】
同様に、指６４０が、スクリーン１００上でプロジェクタ６１０（図示せず）の左下に位置されると、指６４０には数字“１”が現れて、カメラ６３０により捕獲される。
【０１４４】
図３０Ｂ−３０Ｅは、タッチスクリーン１００に対する指６４０の位置が、カメラ６３０で捕獲された映像を分析することによって決定されることを示している。数字のような独特のパターンの数がバリアにおいて増加されるときには、指６４０の位置をより正確に決定することができる。
【０１４５】
iii．コンピュータのマウス型入力装置としてのタッチスクリーン
本発明の態様は、コンピュータのマウス型入力装置として働くタッチスクリーンに適用される。本発明の一実施形態によりコンピュータへの入力としての指の動きを処理するためのタッチスクリーン１００の使用を示す図３１について説明する。図３１には、タッチスクリーン１００により検出される指の動きが示されている。コントローラ１５０（図６Ａ及び６Ｂ）は、指の動きを認識して、その動きを、コンピュータへ入力するためのマウスポインタ座標へと変換する。従って、タッチスクリーン１００は、マウスの動きをエミュレートできることが明らかであろう。
【０１４６】
更に、タッチスクリーン１００上に２つの物体を表示することにより左右のマウスクリックをエミュレートすることもできる。第１の物体にタッチすることは、左マウスクリックに対応し、そして第２の物体にタッチすることは、右マウスクリックに対応する。
【０１４７】
更に、タッチスクリーン１００の接近速度によりシングル及びダブルクリックをエミュレートすることもできる。図２７を参照して上述したように、タッチスクリーン１００上の異なる高さにおける光強度を測定することで、指の速度を決定することができる。軽いタップで行われるゆっくりした接近は、シングルクリックに対応し、強いプレスで行われる速い接近は、ダブルクリックに対応する。
【０１４８】
図３１を参照すれば、図示された指の動きの経路は、指とタッチスクリーン１００との間の相対的移動を含むことが当業者に明らかであろう。図示された経路は、動く指と固定のタッチスクリーンとによって発生される。又、動くタッチスクリーンと、固定の指又は他の固定の物体とによって発生されてもよい。
【０１４９】
従って、本発明の二重実施形態は、固定の物体に対してタッチスクリーン１００を動かすことにより動作する。タッチスクリーン１００の相対的な動きは、図３１に示す経路を発生し、次いで、経路情報がマウス座標へと変換される。
【０１５０】
iv．タッチベースの店頭ウインドウ
本発明の態様は、コンピューティング装置へ入力するためにタッチベースの位置及び動き情報を使用することに係るだけではなく、データ処理の目的でこの情報を使用することにも係る。一般的に、タッチスクリーン１００の感知された位置及び動き情報は、更なる分析のためにデータプロセッサへ送信される。このようなデータ処理の用途は、通行人が陳列展示ケース又はビデオディスプレイと対話できるようにするタッチ感知双方向店頭ウインドウである。この店頭ウインドウシステムは、通行人のタッチ入力に応答し、それらのタッチ入力を記録し及び分析する。
【０１５１】
この点に関して、本発明の一実施形態により商品の品目７１０を収容するタッチ感知展示ケース７００を簡単に示す図３２を参照する。本発明の一実施形態によれば、展示ケースの開口の周囲には、光センサ及び光放射器が取り付けられ、展示ケースにタッチスクリーン機能を設けている。展示ケース７００は、通行人７２０が展示品目に対応する位置で展示ケースにタッチするのに応答して、展示品目７１０を自動的に移動、回転又はその他操作するための機械的装置を備えている。
【０１５２】
通行人７２０は、展示ケース７００に指でタッチするか又はジェスチャーをすることにより選択された品目を双方向に操作することができる。例えば、展示ケース７００にタッチすると、それに対応する品目７１０が選択される。展示ケース７００上での回転ジェスチャーは、品目７１０を回転させる。展示ケース７００上で一方向にスワイプすると、品目７１０が通行人７２０に接近するよう移動され、又、展示ケース７００において逆方向にスワイプすると、品目７１０が通行人７２０から離れるように移動される。展示ケース７００上でのｘ字型のジェスチャーは、品目７１０を選択解除させる。
【０１５３】
以上、特定の実施形態を参照して本発明を詳細に説明した。しかしながら、特許請求の範囲に規定された本発明の広い精神及び範囲から逸脱せずに、ここに例示した特定の実施形態に種々の変更や修正がなされ得ることが明らかであろう。従って、本明細書及び図面は、例示に過ぎず、これに限定されるものではない。
【符号の説明】
【０１５４】
１０、２０：物体
１００：タッチスクリーン
１１０、１２０：シフトレジスタ
１３０：発光ダイオード（ＬＥＤ）
１４０：ホトダイオード（ＰＤ）
１５０：コントローラ
１６０：ＬＥＤセレクタ
１７０：ＰＤセレクタ
１７１：マルチプレクサ
１７５：信号フィルタ・増幅器
１８０：電流積分器
２００：ＬＥＤドライバマトリクス
２１０、２２０：スイッチ
３００：トランジスタ
４００：回路
５００：ホトダイオードマトリクス
５１０：アナログスイッチ
５２０：プッシュ・プルドライバ
５３０：電子装置
５４０：増幅器
５５０：ＡＤＣ
５６０：ホトダイオード
５７０：ブロッキングダイオード
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図５】
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【図６Ａ】
0005508440.tif 000021
【図６Ｂ】
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【図７】
0005508440.tif 000023
【図８】
0005508440.tif 000024
【図９】
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【図１０】
0005508440.tif 000026
【図１１】
0005508440.tif 000027
【図１２】
0005508440.tif 000028
【図１３Ａ】
0005508440.tif 000029
【図１３Ｂ】
0005508440.tif 000030
【図１４】
0005508440.tif 000031
【図１５】
0005508440.tif 000032
【図１６】
0005508440.tif 000033
【図１７】
0005508440.tif 000034
【図１８Ａ】
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【図１８Ｂ】
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【図１９】
0005508440.tif 000037
【図２０】
0005508440.tif 000038
【図２１】
0005508440.tif 000039
【図２２】
0005508440.tif 000040
【図２３Ａ】
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【図２３Ｂ】
0005508440.tif 000042
【図２４】
0005508440.tif 000043
【図２５Ａ】
0005508440.tif 000044
【図２５Ｂ】
0005508440.tif 000045
【図２６Ａ】
0005508440.tif 000046
【図２６Ｂ】
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【図２７】
0005508440.tif 000048
【図２８】
0005508440.tif 000049
【図２９】
0005508440.tif 000050
【図３０Ａ】
0005508440.tif 000051
【図３０Ｂ】
0005508440.tif 000052
【図３０Ｃ】
0005508440.tif 000053
【図３０Ｄ】
0005508440.tif 000054
【図３０Ｅ】
0005508440.tif 000055
【図３１】
0005508440.tif 000056
【図３２】
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