(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学式タッチパネルであって、
当該光学式タッチパネルは、支持体を有し、
当該光学式タッチパネルは、該支持体の外周縁の少なくとも一部分に沿っておよびその上に配置されて検出領域を定める光ファイバー照明アセンブリを有し、
該アセンブリは、コアとクラッディングとを有する少なくとも１つの光ファイバーを含み、該少なくとも１つの光ファイバーは、外周を定める横断面を有し、該少なくとも１つの光ファイバーは、該外周に沿った少なくとも１つの位置に、光を散乱させる不連続部を少なくとも１つ有し、該少なくとも１つの光ファイバーは、少なくとも１つの光透過性領域において屈折力を有し、該光透過性領域は、前記不連続部に近接して位置する焦点を持っており、
前記光を散乱させる不連続部は、前記光ファイバーの全長の少なくとも大部分に沿ってクラッディングに長手方向に延びるスクラッチの形態となっており、
該光透過性領域は、不連続部で散乱した光を概して平行なビームにコリメートするように作用するものであり、かつ、
該アセンブリは、前記少なくとも１つの光ファイバーに沿って光を送るために配置された光源を含み、
当該光学式タッチパネルは、少なくとも１つの光検出器を有し、該光検出器は、光の変化を検出するように構成されており、該光の変化は、前記検出領域内の物体の存在によって生成され、該光ファイバー照明アセンブリから受け取ったものであり、かつ、
当該光学式タッチパネルは、検出回路を有し、該検出回路は、前記少なくとも１つの光検出器から少なくとも１つの出力を受け取り、かつ、前記検出領域内への物体の侵入の２次元的な位置の出力表示を提供するものである、
前記光学式タッチパネル。
【請求項２】
前記光を散乱させる少なくとも１つの不連続部が、前記外周の１０パーセント未満の角度範囲を持ち、かつ、前記少なくとも１つの光透過性領域が、前記外周の２５％を上回る角度範囲を持つ、請求項１に記載の光学式タッチパネル。
【請求項３】
前記少なくとも１つの光ファイバーの前記少なくとも１つの透過性領域における屈折力が、および、前記光を散乱させる少なくとも１つの不連続部が、前記少なくとも１つの光ファイバーに沿って前記光源から受け取られかつ前記光を散乱させる少なくとも１つの不連続部によって散乱した光を、直接的に前記少なくとも１つの不連続部から、前記クラッディングを通して、前記少なくとも１つの不連続部から、概して遠ざかる方向に延びる平面内に概して向かわせるように機能する、請求項１に記載の光学式タッチパネル。
【請求項４】
前記少なくとも１つの光透過性領域が、前記少なくとも１つの光ファイバーの外周について、前記光を散乱させる少なくとも１つの不連続部の概して反対側に位置する、請求項３に記載の光学式タッチパネル。
【請求項５】
前記少なくとも１つの光ファイバーが、光カーテン領域を定めており、
該光ファイバーは、該光カーテン領域の外周縁の少なくとも殆どに沿って延び、かつ、前記光を散乱させる少なくとも１つの不連続部は、前記外周縁に沿って延び、平面内に光を概して向かわせ、前記外周縁の内側を満たし、それによってその内部に光カーテンを形成して前記光カーテン領域を定めている、請求項１に記載の光学式タッチパネル。
【請求項６】
当該光学式タッチパネルが、また、少なくとも１つの光カーテン侵入センサを有し、該光カーテン侵入センサは、前記光カーテン領域内への物体の侵入を感知するように、および、２次元の侵入位置情報を含む侵入出力信号を生成するように構成されかつ作動し、かつ、当該光学式タッチパネルは、２次元の侵入位置の出力表示を提供するための出力信号処理回路を有する、請求項５に記載の光学式タッチパネル。
【請求項７】
前記少なくとも１つの光ファイバーが、光カーテン領域の外周縁の少なくとも殆どに沿って延び、かつ、前記光を散乱させる少なくとも１つの不連続部が、光を散乱させる複数の不連続部を含んでおり、該複数の不連続部は前記外周縁に沿って分布しており、それによって、前記光を散乱させる複数の不連続部が、平面内へと光を概して向かわせ、前記外周縁の内側を満たし、かつそれによって、一緒になってその内部の光カーテンを定める、請求項１に記載の光学式タッチパネル。
【請求項８】
前記少なくとも１つの不連続部の光散乱機能が、前記少なくとも１つの光ファイバーの長さに沿って変化し、前記光ファイバーによって生成される減衰のための補償を提供する、請求項１の光学式タッチパネル。
【請求項９】
前記少なくとも１つの光ファイバーの前記少なくとも１つの光透過性領域における前記屈折力が、および、光散乱を変化させる機能を持つ前記光を散乱させる少なくとも１つの不連続部が、前記少なくとも１つの光ファイバーに沿って前記光源から受け取られかつ前記光を散乱させる少なくとも１つの不連続部によって散乱した光を、直接的に前記少なくとも１つの不連続部から前記クラッディングを通して、前記少なくとも１つの不連続部から、概して遠ざかる方向に延びる平面内に概して向かわせ、該光が概して均一な強度を持つように機能する、請求項８に記載の光学式タッチパネル。
【請求項１０】
前記少なくとも１つの光ファイバーが、非球面の横断面を持ち、かつ、前記少なくとも１つの不連続部が、前記少なくとも１つの光透過性領域の焦点に正確に位置する、請求項１に記載の光学式タッチパネル。
【請求項１１】
非球面の横断面と前記少なくとも１つの光透過性領域とを有する前記少なくとも１つの光ファイバーの前記屈折力、および、前記少なくとも１つの光透過性領域の前記焦点に正確に位置する前記光を散乱させる少なくとも１つの不連続部が、
前記少なくとも１つの光ファイバーに沿って前記光源から受け取られかつ前記光を散乱させる少なくとも１つの不連続部によって散乱した光を、直接的に前記少なくとも１つの不連続部から前記クラッディングを通して、前記少なくとも１つの不連続部から概して遠ざかる方向に延びる均一な厚さの平面内に概して向かわせるように機能する、請求項１０に記載の光学式タッチパネル。
【請求項１２】
前記検出回路が、少なくとも部分的に、三角測量によって作動する、請求項１に記載の光学式タッチパネル。
【請求項１３】
前記少なくとも１つの光ファイバーが、前記検出領域の３つの辺に沿って延び、前記少なくとも１つの検出器が１対の検出器を有し、それら検出器は、前記検出領域の隣り合った角部に、前記少なくとも１つの光ファイバーの両端部に並んで位置し、かつ、
前記検出回路が、少なくとも部分的に、三角測量によって作動する、請求項１に記載の光学式タッチパネル。
【請求項１４】
前記非球面の横断面が、湾曲した前方部分を含んでおり、該前方部分が屈折力を持っている、請求項１０に記載の光学式タッチパネル。
【請求項１５】
前記非球面の横断面が、概して平行な中間部分を含んでいる、請求項１４に記載の光学式タッチパネル。
【請求項１６】
前記非球面の横断面が、比較的幅が狭い後方の帯状部分で出合う、テーパーになった後方部分を含んでいる、請求項１５に記載の光学式タッチパネル。
【請求項１７】
当該光学式タッチパネルが、また、細長い透明な装着部および窓部を定めるガイドを有し、該ガイドは前記支持体に固定されており、前記細長い透明な装着部および前記窓部を定めるガイドが、平行な表面を有するＵ型の横断面を持ち、かつ前記平行な表面が、前記概して平行な中間部分と係合する、請求項１５に記載の光学式タッチパネル。
【請求項１８】
前記光を散乱させる少なくとも１つの不連続部が、クラッディングを通過してコアに入り込んだ、長手方向のスクラッチの形態となっている、
請求項１に記載の光学式タッチパネル。
【請求項１９】
光散乱材料が、長手方向のスクラッチの少なくとも一部を満たしている、請求項１に記載の光学式タッチパネル。
【請求項２０】
光散乱材料が、白色塗料である、請求項１９に記載の光学式タッチパネル。
【請求項２１】
光ファイバーの横断面構成が、光透過性領域の焦点に不連続部が位置するという横断面構成となっており、それによって、均一な厚さの光カーテンが達成されている、
請求項１に記載の光学式タッチパネル。
【請求項２２】
光ファイバーが、非球面の横断面構成と、その光透過性領域の焦点に位置する少なくとも１つの不連続部と、概して平行な中間部分とを有する、
請求項１に記載の光学式タッチパネル。
【請求項２３】
光ファイバーが、細長い透明な装着部および窓部を定める部材の内部に保持されている、請求項１に記載の光学式タッチパネル。
【請求項２４】
前記部材が、Ｕ形の横断面を持っている、請求項２３に記載の光学式タッチパネル。
【請求項２５】
前記部材が、支持体上への光ファイバーの取り付けによる光結合に起因して生じたであろう、光ファイバーからの光の損失を抑制しており、かつ、該部材が、当該光学式タッチパネルの外周縁のシールを提供している、
請求項２３または２４に記載の光学式タッチパネル。
【請求項２６】
光を散乱させる不連続部が、ファイバーの外周の１０パーセント未満の角度範囲を持っており、かつ、光透過性領域が、該外周の２５％を上回る角度範囲を持っている、
請求項１に記載の光学式タッチパネル。
【請求項２７】
光を散乱させる不連続部が、ファイバーの外周の１パーセント未満の角度範囲を持っている、請求項２６に記載の光学式タッチパネル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願への参照
２００６年９月２８日に提出された OPTICAL SENSING SYSTEM という題名の米国仮特許出願シリアル番号 60/827,223 に対する参照を行ない、参照したことによって、その開示を本明細書に組み込み、37 CFR 1.78(a)(4)および(5)(i)に従って、その優先権をここに主張する。
【０００２】
２００６年７月１２日に提出された 「LOW PROFILE TRIANGULATION AND SYSTEMS CALIBRATION METHOD」という題名の米国仮特許出願シリアル番号 60/819,891 に対する参照を行ない、参照したことによって、その開示を本明細書に組み込む。２００６年７月２４日に提出された「ACCUMULATOR BASED TRIANGULATION FOR TRACKING MULTIPLE EVENTS」という題名の米国仮特許出願シリアル番号60/832,508 に対する参照を行ない、参照したことによって、その開示を本明細書に組み込む。２００７年２月１４日に提出された「TRIANGULATION WITH ENHANCED RESOLUTION」という題名の米国仮特許出願シリアル番号 60/889,746 に対する参照を行ない、参照したことによって、その開示を本明細書に組み込む。
【０００３】
２００７年３月２７日に提出された OPTICAL SYSTEM という題名の米国特許出願シリアル番号 11/691,508 に対する参照を行ない、参照したことによって、その開示を本明細書に組み込む。
【０００４】
２００７年３月２７日に提出された OPTICAL TOUCH SCREEN という題名の米国特許出願シリアル番号 11/691,510 に対する参照を行ない、参照したことによって、その開示を本明細書に組み込み、37 CFR 1.78(a)(4)および(5)(i)に従って、その優先権をここに主張する。
【０００５】
２００７年７月１２日に提出された ILLUMINATION FOR OPTICAL TOUCH PANEL という題名の米国特許出願シリアル番号 11/776,563 に対する参照を行ない、参照したことによって、その開示を本明細書に組み込み、37 CFR 1.78(a)(4)および(5)(i)に従って、その優先権をここに主張する。
【０００６】
発明の分野
本発明は、概しては、光（オプティカル）ファイバーおよび光学（オプティカル）ライトガイドを含む光学システム（オプティカル・システム）に関し、より詳細には、光学式（オプティカル）タッチパネル、および、それに有用な光学式アセンブリに関する。
【背景技術】
【０００７】
発明の背景
以下の米国特許公報が当該技術の現状を表していると考えられる：米国特許 7,099,553 ； 7,034,809 ； 6,972,401 ； 6,783,269 ； 5,257,340 ； 5,905,583 および 5,295,047 、ならびに、米国特許出願公開 2005/0248540 。
【発明の概要】
【０００８】
発明の要旨
本発明は、改良された光学式タッチスクリーンまたはタッチパネルを提供することを目的とする。
【０００９】
よって、本発明の好ましい実施形態に従って、光学式タッチパネルが提供され、当該光学式タッチパネルは、支持体を有し、当該光学式タッチパネルは、該支持体の外周縁(periphery)の少なくとも一部分に沿っておよびその上に配置されて検出領域を定める光ファイバー照明アセンブリを有し、該アセンブリは、コアとクラッディングとを有する少なくとも１つの光ファイバーを含み、該少なくとも１つの光ファイバーは、外周(circumference)を定める横断面を有し、該少なくとも１つの光ファイバーは、それに沿った少なくとも１つの位置に、光を散乱させる不連続部を少なくとも１つ有し、該少なくとも１つの光ファイバーは、少なくとも１つの光透過性領域において屈折力を有し、該光透過性領域は、前記不連続部に近接して位置する焦点を持っており、かつ、該アセンブリは、前記少なくとも１つの光ファイバーに沿って光を送るために配置された光源を含み、当該光学式タッチパネルは、少なくとも１つの光検出器を有し、該光検出器は、光の変化を検出するように構成されており、該光の変化は、前記検出領域内の物体の存在によって生成され、該光ファイバー照明アセンブリから受け取ったものであり、かつ、当該光学式タッチパネルは、検出回路を有し、該検出回路は、前記少なくとも１つの光検出器から少なくとも１つの出力を受け取り、かつ、前記検出領域内への物体の侵入の２次元的な位置の出力表示を提供するものである。
【００１０】
好ましくは、前記光を散乱させる少なくとも１つの不連続部が、前記外周の１０パーセント未満の角度範囲を持ち、かつ前記少なくとも１つの光透過性領域が、前記外周の２５％を上回る角度範囲を持つ。
【００１１】
好ましくは、前記少なくとも１つの光ファイバーの前記少なくとも１つの透過性領域における屈折力が、および、前記光を散乱させる少なくとも１つの不連続部が、前記少なくとも１つの光ファイバーに沿って前記光源から受け取られかつ前記光を散乱させる少なくとも１つの不連続部によって散乱した光を、直接的に前記少なくとも１つの不連続部から、前記クラッディングを通して、前記少なくとも１つの不連続部から、概して遠ざかる方向に延びる平面内に概して向かわせるように機能する。付加的または代替的には、該少なくとも１つの光透過性領域は、該少なくとも１つの光ファイバーの外周について、該光を散乱させる少なくとも１つの不連続部の概して反対側に位置する。
【００１２】
好ましくは、少なくとも１つの光ファイバーは、光カーテン領域(light curtain area)の外周縁の少なくとも殆どに沿って延び、かつ、該光を散乱させる少なくとも１つの不連続部は、該外周縁に沿って延び、平面内に光を概して向かわせ、該外周縁の内側を満たし、それによってその内部の光カーテンを定める。付加的には、当該光学式タッチパネルは、また、少なくとも１つの光カーテン侵入センサを含んでいてもよく、これは、該光カーテンにおける侵入を感知するように、および、２次元の侵入位置情報を含む侵入出力信号を生成するように作動し、かつ、当該光学式タッチパネルは、２次元での侵入位置の出力表示(output indication)を提供するための出力信号処理回路を含んでいてもよい。
【００１３】
好ましくは、少なくとも１つの光ファイバーは、光カーテン領域の外周縁の少なくとも殆どに沿って延び、かつ、該光を散乱させる少なくとも１つの不連続部が、光を散乱させる複数の不連続部を含んでおり、該複数の不連続部は前記外周縁に沿って分布しており、それによって、該光を散乱させる複数の不連続部が、平面内へと光を概して向かわせ、該外周縁の内側を満たし、かつそれによって、一緒になってその内部の光カーテンを定める。
【００１４】
好ましくは、少なくとも１つの不連続部の光散乱機能が、少なくとも１つの光ファイバーの長さに沿って変化し、該光ファイバーによって生成される減衰のための補償を提供する。付加的には、少なくとも１つの光ファイバーの前記少なくとも１つの光透過性領域における屈折力が、および、光散乱を変化させる機能を持つ前記光を散乱させる少なくとも１つの不連続部が、少なくとも１つの光ファイバーに沿って光源から受け取られ、かつ、光を散乱させる少なくとも１つの不連続部によって散乱した光を、直接的に少なくとも１つの不連続部からクラッディングを通して、少なくとも１つの不連続部から、概して遠ざかる方向に延びる平面内に概して向かわせ、該光が概して均一な強度を持つように機能する。
【００１５】
好ましくは、少なくとも１つの光ファイバーが、非球面の横断面を持ち、かつ、少なくとも１つの不連続部が、少なくとも１つの光透過性領域の焦点に正確に位置する。付加的には、非球面の横断面と少なくとも１つの光透過性領域とを有する少なくとも１つの光ファイバーの屈折力、および、少なくとも１つの光透過性領域の焦点に正確に位置する光を散乱させる少なくとも１つの不連続部が、少なくとも１つの光ファイバーに沿って光源から受け取られかつ光を散乱させる少なくとも１つの不連続部によって散乱した光を、直接的に少なくとも１つの不連続部からクラッディングを通して、少なくとも１つの不連続部から概して遠ざかる方向に延びる均一な厚さの平面内に概して向かわせるように機能する。
【００１６】
好ましくは、該検出回路は、少なくとも部分的に、三角測量によって作動する。
【００１７】
好ましくは、少なくとも１つの光ファイバーが、検出領域の３つの辺に沿って延び、少なくとも１つの検出器が１対の検出器を有し、それら検出器は、検出領域の隣り合った角部に、少なくとも１つの光ファイバーの両端部に並んで位置し、かつ、検出回路が、少なくとも部分的に、三角測量によって作動する。
【００１８】
また、本発明の別の好ましい実施形態に従って、光学式タッチパネルが提供され、当該光学式タッチパネルは、概して平坦な表面を定めている支持体を有し、当該光学式タッチパネルは、光照明(optical illumination)アセンブリを有し、該光照明アセンブリは、前記支持の外周縁の少なくとも一部に沿ってかつその上に配置されて、検出領域を定めており、該アセンブリは、少なくとも１つのライトガイドを含み、前記少なくとも１つのライトガイドは、少なくとも１つの光散乱体を有し、該少なくとも１つのライトガイドは、少なくとも１つの表面において屈折力を持っており、該表面は、光散乱体に近接して位置する焦点を持っており、かつ、該アセンブリは、少なくとも１つのライトガイドに沿って光を送るために配置された少なくとも１つの光源を含み、少なくとも１つのライトガイドの屈折力と、少なくとも１つの光散乱体とは、少なくとも１つのライトガイドに沿って少なくとも１つの光源から受け取られかつ少なくとも１つの光散乱体によって散乱した光を、概して平坦な表面に対して平行な平面内に概して向かわせるように機能し、当該光学式タッチパネルは、少なくとも１つの光検出器を有し、該光検出器は、光の変化を検出するように構成されており、該光の変化は、検出領域内の物体の存在によって生成され、光照明アセンブリから受け取ったものであり、かつ、当該光学式タッチパネルは、検出回路を有し、該検出回路は、少なくとも１つの光検出器から少なくとも１つの出力を受け取り、かつ、検出領域内への物体の侵入の２次元的な位置の出力表示を提供するものである。
【００１９】
好ましくは、少なくとも１つのライトガイドが、概して平坦な表面に対して平行な光カーテン領域の外周縁の少なくとも殆どに沿って延び、かつ少なくとも１つの光散乱体が、光カーテン領域の外周縁に沿って延び、該平面において概して均一な光の分布を提供し、光カーテン領域の外周縁の内側を満たし、かつ、それによって、その内部に光カーテンを定める。付加的には、当該光学式タッチパネルが、また、少なくとも１つの光カーテン侵入センサを含んでいてもよく、該センサは、光カーテンにおける侵入を感知するように、および、２次元の侵入位置情報を含む侵入出力信号を生成するように作動し、かつ、当該光学式タッチパネルは、２次元の侵入位置の出力表示を提供するための出力信号処理回路を含んでいてもよい。
【００２０】
好ましくは、該少なくとも１つのライトガイドが、単一のライトガイドを含み、かつ、少なくとも１つの光源が２つの光源を有し、単一の光源が、単一のライトガイドの各端部に配置される。付加的または代替的には、該少なくとも１つの光源は、記検出領域の外周縁の角部にのみ位置する。
【００２１】
好ましくは、少なくとも１つの光散乱体の光散乱機能が、少なくとも１つのライトガイドの長さに沿って変化し、ライトガイドによって生成される減衰のための補償を提供する。
【００２２】
好ましくは、該検出回路は、少なくとも部分的に、三角測量によって作動する。
【００２３】
好ましくは、該少なくとも１つのライトガイドが、検出領域の３つの辺に沿って延び、少なくとも１つの検出器が１対の検出器を有し、それら検出器は、検出領域の隣り合った角部に、少なくとも１つのライトガイドの両端部に並んで位置し、かつ、検出回路が、少なくとも部分的に、三角測量によって作動する。
【００２４】
好ましくは、該少なくとも１つのライトガイドが、非球面の横断面を持ち、かつ、少なくとも１つの光散乱体が、少なくとも１つの表面の焦点に正確に位置する。付加的には、該非球面の横断面は、屈折力を持った、湾曲した前方部分を含んでいてもよい。付加的には、該非球面の横断面は、概して平行な中間部分を含んでいてもよい。付加的には、該非球面の横断面は、比較的幅が狭い後方の帯状部分で出合う、テーパーになった後方部分を含んでいてもよい。
【００２５】
好ましくは、当該光学式タッチパネルは、また、細長い透明な装着部および窓部を定めるガイドを有し、該ガイドは支持体に固定されており、該細長い透明な装着部および窓部を定めるガイドが、平行な表面を有するＵ型の横断面を持ち、かつ該平行な表面が、概して平行な中間部分と係合する。
【００２６】
好ましくは、少なくとも一つの光散乱体は、光を散乱させる塗料の層を含んでいる。
【００２７】
好ましくは、当該光学式タッチパネルは、また、細長い透明な装着部および窓部を定めるガイドを有し、該ガイドは前記支持体に固定されている。付加的には、細長い透明な装着部および前記窓部を定めるガイドが、支持体に対する光照明アセンブリの正しい配置を確実にするように機能し得る。付加的または代替的には、細長い透明な装着部および窓部を定めるガイドが、Ｕ型の横断面を持つ。付加的または代替的には、細長い透明な装着部および窓部を定めるガイドが、少なくとも１つのライトガイドからの光の減小を最小化するように機能する。
【００２８】
図面の簡単な説明
本発明は、図面とあわせて解釈される以下の詳細な説明からより完全に理解および解釈されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１Ａ】図１Ａおよび１Ｂは、本発明の２つの代替的な好ましい実施形態に従って構成されかつ機能するタッチパネルの単純化された図である。
【図１Ｂ】図１Ａおよび１Ｂは、本発明の２つの代替的な好ましい実施形態に従って構成されかつ機能するタッチパネルの単純化された図である。
【図２Ａ】図２Ａ、２Ｂ、２Ｃおよび２Ｄは、それぞれ、図１Ａのタッチパネルにおいて有用な光ファイバーアセンブリの一部分の、単純化された、部分的に断面の、部分的に絵で表した図である。
【図２Ｂ】図２Ａ、２Ｂ、２Ｃおよび２Ｄは、それぞれ、図１Ａのタッチパネルにおいて有用な光ファイバーアセンブリの一部分の、単純化された、部分的に断面の、部分的に絵で表した図である。
【図２Ｃ】図２Ａ、２Ｂ、２Ｃおよび２Ｄは、それぞれ、図１Ａのタッチパネルにおいて有用な光ファイバーアセンブリの一部分の、単純化された、部分的に断面の、部分的に絵で表した図である。
【図２Ｄ】図２Ａ、２Ｂ、２Ｃおよび２Ｄは、それぞれ、図１Ａのタッチパネルにおいて有用な光ファイバーアセンブリの一部分の、単純化された、部分的に断面の、部分的に絵で表した図である。
【図２Ｅ】図２Ｅ、２Ｆ、２Ｇおよび２Ｈは、それぞれ、図１Ｂのタッチパネルにおいて有用な光学アセンブリの一部分の、単純化された、部分的に断面の、部分的に絵で表した図である。
【図２Ｆ】図２Ｅ、２Ｆ、２Ｇおよび２Ｈは、それぞれ、図１Ｂのタッチパネルにおいて有用な光学アセンブリの一部分の、単純化された、部分的に断面の、部分的に絵で表した図である。
【図２Ｇ】図２Ｅ、２Ｆ、２Ｇおよび２Ｈは、それぞれ、図１Ｂのタッチパネルにおいて有用な光学アセンブリの一部分の、単純化された、部分的に断面の、部分的に絵で表した図である。
【図２Ｈ】図２Ｅ、２Ｆ、２Ｇおよび２Ｈは、それぞれ、図１Ｂのタッチパネルにおいて有用な光学アセンブリの一部分の、単純化された、部分的に断面の、部分的に絵で表した図である。
【図３】図３は、図１Ａのタッチパネルにおいて有用であって、かつ減衰補償を提供する光ファイバーアセンブリ構造物の単純化された図である。
【図４Ａ】図４Ａおよび４Ｂは、図３の光ファイバーアセンブリ構造物の、線 IVA − IVA および IVB − IVB の各々に沿って取り出した単純化された断面図である。
【図４Ｂ】図４Ａおよび４Ｂは、図３の光ファイバーアセンブリ構造物の、線 IVA − IVA および IVB − IVB の各々に沿って取り出した単純化された断面図である。
【図５】図５は、図１Ａのタッチパネルにおいて有用であって、かつ減衰補償を提供する別の光ファイバーアセンブリ構造物の単純化された図である。
【図６】図６は、図５の光ファイバーアセンブリ構造物の、線 VI − VI に沿って取り出した単純化された断面図である。
【図７】図７は、図１Ｂのタッチパネルにおいて有用であって、かつ減衰補償を提供する光学アセンブリ構造物の単純化された図である。
【図８Ａ】図８Ａおよび８Ｂは、図７の光学アセンブリ構造物の、線 VIIIA − VIIIA および VIIIB − VIIIB の各々に沿って取り出した単純化された断面図である。
【図８Ｂ】図８Ａおよび８Ｂは、図７の光学アセンブリ構造物の、線 VIIIA − VIIIA および VIIIB − VIIIB の各々に沿って取り出した単純化された断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
好ましい実施形態の詳細な説明
ここで図１Ａおよび１Ｂを参照する。これらは、光学式タッチパネル１００を示しており、これは、本発明の好ましい実施形態に従って構成されかつ作用する。図１Ａおよび１Ｂに見られるように、タッチパネル１００は、光学照明(optical illumination)アセンブリ１０２を有し、該アセンブリは、支持体１０４の外周縁の全部または一部に沿って、および、その上に構成されることが好ましく、該支持体１０４は、典型的にはガラス板である。代替的には、ガラス板を取り除いてもよく、また、支持体１０４は、枠（フレーム）（図示せず）であってもよい。典型的には、光ファイバー照明アセンブリ１０２は、概して平面である検出領域１０５の４つの縁部（エッジ）のうちの３つに沿って延びている。
【００３１】
本発明の好ましい実施形態によれば、光照明アセンブリ(optical illumination)１０２は、光源１０６から照明を受け取る。光源１０６は、アセンブリ１０２の各端部１０８に配置された、ＬＥＤまたはダイオードレーザーなどであり、好ましくは赤外線レーザーまたはＬＥＤである。代替的には、単一の光源１０６を用いてもよく、これはアセンブリ１０２の一つの端部１０８に配置され得る。図１Ａおよび１Ｂに見られるように、光源１０６は、概して平面である検出領域１０５の外周縁の角部に位置することが好ましい。
【００３２】
本発明の好ましい実施形態によれば、図１Ａに示すように、光照明アセンブリ１０２は、少なくとも１つのライトガイド１１０を有し、ライトガイド１１０は、三菱から商業的に入手可能なプラスチックの光ファイバーであるＥＳＫＡ（エスカ）などの、コア１１２とクラッディング１１４とを有する光ファイバー１１１などであり、円形の横断面（cross section)を持つ。クラッディング１１４は、少なくとも１つの光散乱体(光を散乱させるもの、light scatterer)１１６を持つことが好ましく、そこに沿って少なくとも１つの位置にある、好ましくはライトガイド１１０の少なくとも１つの光透過性領域１１７の反対側にある、光を散乱させる不連続部などであり、該領域において、ライトガイド１１０は、光屈折力(optical power)を持っている。
【００３３】
図１Ａに示した実施形態では、光散乱体１１６は、光ファイバー照明アセンブリ１０２の全長の少なくとも大部分に沿ってクラッディング１１４全体に延びるスクラッチ（擦り傷）を形成することによって形を定められることが好ましい。該スクラッチは、必ずしもその必要はないが、コア１１２に入り込んでもよい。
【００３４】
図１Ｂに示した実施形態では、光照明アセンブリ１０２は、プラスチックロッドなどの少なくとも１つのライトガイド１１０を有し、それに沿って少なくとも１つの位置にある、好ましくはライトガイド１１０の少なくとも１つの光透過性領域１１７の反対側にある、少なくとも１つの光散乱体１１６を有することが好ましく、該領域１１７において、ライトガイド１１０は、光屈折力を持っている。透過性領域１１７におけるライトガイド１１０の表面は、光散乱体１１６に近接して位置する焦点を持つことが好ましい。
【００３５】
図１Ｂに示した実施形態では、光散乱体１１６は、光照明アセンブリ１０２の全長の少なくとも大部分に沿ったプラスチックロッドに沿って延びる、白色塗料の幅狭の帯(strip)によって、形を定められることが好ましい。
【００３６】
本発明の好ましい実施形態によれば、少なくとも１つの光散乱体１１６は、光を散乱させるように作用し、該光は、光源１０６から受け取られ、かつ、少なくとも１つのライトガイド１１０を通過する。少なくとも１つの光透過性領域１１７におけるライトガイド１１０の屈折力が、参照数字１１８によって大まかに示されているように、散乱した光を、散乱体１１６から概して遠ざかる方向へと、コリメート(collimate、平行化)し、かつ、向かわせる。概して平面である検出領域１０５における概して全ての位置が、少なくとも１つの光透過性領域１１７に沿った概して全ての位置から、光を受け取るということが理解されよう。
【００３７】
本発明の好ましい実施形態によれば、少なくとも１つのライトガイド１１０は、検出領域１０５によって定められた光カーテン領域の外周縁に沿って概して連続的に延び、かつ、少なくとも１つの光散乱体１１６が、該外周縁に沿って概して連続的に延び、平面内へ概して光を向かわせ、該外周縁の内側を満たし、かつ、それによってその内部に光カーテンを定める。
【００３８】
代替的な実施形態では、少なくとも１つのライトガイド１１０は、検出領域１０５によって形を定められた光カーテン領域の外周縁に沿って延び、かつ少なくとも１つの光散乱体１１６は、該外周縁に沿って分布した複数の別々の光散乱体を含み、それによって、該複数の光散乱体は、平面内へ光を概して向かわせ、該外周縁の内側を満たし、かつそれによって、一緒になってその内部の光カーテンを定める。
【００３９】
支持体１０４上への、スタイラスや指１２０などの物体の侵入(impingement)は、１つ以上の光検出器１２２によって感知されることが好ましく、該光検出器は、光照明アセンブリ１０２が延びていない検出領域１０５の縁部（エッジ）に沿って配置されることが好ましい。該検出器は、光照明アセンブリ１０２から受け取った光の変化（検出領域１０５における指１２０の存在によって生成される）を検出する。好ましくは、検出器１２２は、光照明アセンブリ１０２と同じ平面内に位置する。好ましくは、２つの検出器が、検出領域１０５のあらゆる場所で指１２０を検出するのに十分であり、図示したように、各検出器は、検出領域１０５の隣接する角部に位置し、かつ、少なくとも９０度をカバーする。
【００４０】
検出器１２２は、One Technology Place、ホーマー（Homer）、ニューヨークの Panavision ＳＶＩ、ＬＬＣから商業的に入手可能な RPLIS-2048 リニアイメージセンサなどの、各々、リニアＣＭＯＳセンサが好ましく、それらは、三角測量(triangulation）での使用に好適である。検出器１２２の出力は、検出回路１２４に与えられ、検出回路１２４は、出願人の米国特許出願公開 2006/0187198 、および、米国仮出願 60/819,891 ； 60/832,508 、および、60/889,746（これらの開示は、参照したことによって本明細書に組み込まれる）に記載されているようなものであって、検出領域１０５における指１２０の侵入の２次元位置の出力表示を提供する。
【００４１】
ここで、さらに図２Ａ、２Ｂ、２Ｃおよび２Ｄを参照する。これらはそれぞれ、図１Ａのタッチパネルにおいて有用な光学アセンブリの一部分の、単純化された、部分的に断面の、部分的に絵で表した図である。
【００４２】
図２Ａは、円形の横断面を有し、コア２１２およびクラッディング２１４を有する光ファイバー２００の使用を示しており、該光ファイバーは、三菱から商業的に入手可能なプラスチックの光ファイバーであるＥＳＫＡ（エスカ）などであって、クラッディング２１４を通過しかつコア２１２に入り込んだ、長手方向のスクラッチ（かき傷）の形態になっている不連続部２１６を有する。この場合、スクラッチによって形を定めれた表面２２０は、コア内に光を散乱させる。不連続部２１６の反対側に横たわる湾曲した光透過性領域２２２は、屈折力を持ち、そして、図示したように、散乱した光を、不連続部２１６から遠ざかる方向（矢印２２６によって示されている）に延びる平面２２４内に、概してコリメートするように作用する。
【００４３】
図２Ｂは、光ファイバー２３０の使用を示しており、該光ファイバーは、円形の横断面、コア２３２、および、クラッディング２３４を有し、三菱から商業的に入手可能なプラスチックの光ファイバーであるＥＳＫＡ（エスカ）などであって、長手方向のスクラッチの形態になっている不連続部２３６を有し、該不連続部は、クラッディング２３４を通過し、必ずしもその必要はないが、コア２３２に入り込んでいてもよい。この場合、白色塗料などの光散乱材料２３５が、長手方向のスクラッチの少なくとも一部を満たし、かつこの材料２３５も該スクラッチによって定められた表面２４０も、光を散乱させる。不連続部２３６の反対側にある湾曲した横断面の表面２４２は、屈折力を持ち、図示したように、散乱した光を、不連続部２３６から遠ざかる方向（矢印２４６で示されている）に延びる平面２４４内に、概してコリメートするように概して作用する。
【００４４】
光を散乱させる不連続部が、ファイバーの外周の１０パーセント未満の角度範囲、より好ましくは、１パーセント未満の角度範囲を持つこと、および、少なくとも１つの光透過性領域が、該外周の２５％を上回る角度範囲を持つことが、本発明の特定の特徴である。この特徴によって、概して均一な厚さの光カーテンがもたらされる。
【００４５】
図２Ｃは、非球面(aspheric)の横断面２５２を持つ従来にない光学ライトガイド２５０の使用を示しており、該光学ライトガイドは、非球面の横断面２５２の焦点２５８に位置する長手方向のスクラッチの形態になっている不連続部２５６を有する。この場合、該スクラッチによって定められた表面２６０が光を散乱させる。不連続部２５６の反対側にある湾曲した光透過性領域２６２は、屈折力を持ち、図示したように、散乱された光を、不連続部２５６から遠ざかる方向（矢印２６５で示されている）へと、概して平行なビームにコリメートするように作用する。クラッディング（図示せず）をライトガイド２５０の外周に与えてもよいことが理解されよう。
【００４６】
図２Ｄは、非球面の横断面２７２を持つ従来にない光学ライトガイド２７０の使用を示しており、該光学ライトガイドは、非球面の横断面２７２の焦点２７８に位置する長手方向のスクラッチの形態になっている不連続部２７６を有する。この場合、白色塗料などの光散乱材料２８０が、長手方向のスクラッチの少なくとも一部を充填し、かつ、この材料２８０も該スクラッチによって定められた表面２８２も、光を散乱させる。不連続部２７６の反対側にある湾曲した光透過性領域２８４は、屈折力を持ち、図示したように、散乱された光を、不連続部２７６から遠ざかる方向（矢印２８５で示されている）へと、概して平行なビームにコリメートするように作用する。クラッディング（図示せず）をライトガイド２７０の外周に与えてもよいことが理解されよう。
【００４７】
光を散乱させる不連続部が、ファイバーの外周の１０パーセント未満の角度範囲、より好ましくは、１パーセント未満の角度範囲を持つこと、および、少なくとも１つの光透過性領域が、該外周の２５％を上回る角度範囲を持つことが、本発明の特定の特徴である。この特徴によって、概して均一な厚さの光カーテンがもたらされる。光透過性領域２５２および２７２の各々の焦点に不連続部２５６および２７６が正確に位置するという、光学ライトガイド２５０および２７０の横断面構成によって、非常に均一な厚さの光カーテンが実現され得る。
【００４８】
ここで、さらに図２Ｅ、２Ｆ、２Ｇおよび２Ｈを参照する。これらはそれぞれ、図１Ｂのタッチパネルにおいて有用な光学アセンブリの一部分の、単純化された、部分的に断面の、部分的に絵で表した図である。
【００４９】
図２Ｅは、ライトガイド３００の使用を示しており、該ライトガイドは、非球面の横断面構成と、その光透過性領域の焦点に正確に位置する少なくとも１つの光散乱体とを有している。図２Ｅに示すように、ライトガイド３００の横断面は、屈折力を持つ光透過性の湾曲した前方部分３０２と、概して平行な中間部分３０４および３０６と、比較的幅狭の後方の帯状(strip)部分３１２において出合うテーパー(tapering)になっている後方部分３０８および３１０とを、含んでいることが好ましい。好ましくは、帯状部分３１２は、その範囲の全てまたはほとんどに沿って、光を散乱させる白色塗料の層３１４で被覆される。ライトガイド３００は、押し出しなどの任意の好適な製造技術によって形成され得ることが理解されよう。
【００５０】
湾曲した前方部分３０２は、帯状部分３１２の概して反対側にあり、図示したように、層３１４によって散乱した光を、層３１４から遠ざかる方向（矢印３２６で示されている）に延びる平面３２４内に、概してコリメートするように作用する。
【００５１】
図２Ｆは、ライトガイド３３０の代替的な例の使用を示しており、該ライトガイドは、非球面の横断面構成と、その光透過性領域の焦点に正確に位置する少なくとも１つの光散乱体とを有する。図２Ｆに示すように、ライトガイド３３０の横断面は、屈折力を持つ光透過性の湾曲した前方部分３３２と、概して平行な中間部分３３４および３３６と、その範囲の全てまたはほとんどに沿って、光を散乱させる白色塗料の比較的幅狭の層３４０が形成された後方部分３３８とを、含んでいることが好ましい。ライトガイド３３０は、押し出しなどの任意の好適な製造技術によって形成され得ることが理解されよう。
【００５２】
湾曲した前方部分３３２は、層３４０の概して反対側にあり、図示したように、層３４０によって散乱された光を、層３４０から遠ざかる方向（矢印３４６で示されている）に延びる平面３４４内に、概してコリメートするように作用する。
【００５３】
図２Ｇは、ライトガイド３５０の使用を示しており、該ライトガイドは、ライトガイド３００（図２Ｅ）と似ており、非球面の横断面構成と、その光透過性領域の焦点に正確に位置する少なくとも１つの光散乱体とを有する。図２Ｇに示すように、ライトガイド３５０の横断面は、屈折力を持った光透過性の湾曲した前方部分３５２と、概して平行な中間部分３５４および３５６と、比較的幅狭の後方の帯状部分３６２において出合うテーパーになっている後方部分３５８および３６０とを、含んでいることが好ましい。好ましくは、帯状部分３６２は、その範囲の全てまたはほとんどに沿って、光を散乱させる白色塗料の層３６４で被覆される。ライトガイド３５０は、押し出しなどの任意の好適な製造技術によって形成され得ることが理解されよう。
【００５４】
湾曲した前方部分３５２は、帯状部分３６２の概して反対側にあり、図示したように、層３６４によって散乱された光を、層３６４から遠ざかる方向（矢印３７６で示されている）に延びる平面３７４内に、概してコリメートするように作用する。
【００５５】
本発明の好ましい実施形態によれば、ライトガイド３５０は、細長い透明な装着部(mounting)および窓部(window)を定める部材３７７（好ましくは、Ｕ型の横断面を持っている）の内部に保持される。部材３７７は、典型的には、支持体１０４（図１）といった支持体に固定される。図２Ｇの構造により、支持体１０４に対するライトガイド３５０の正しい位置合わせ（アライメント）が確実になるため、図１の参照数字１１８によって示されたコリメートされた散乱光は、支持体１０４に対して概して平行に方向付けられる。この位置合わせは、中間部分３５４と３５６とによって定められる平行な表面が、部材３７７で対応する平行な表面３７８と３７９と係合することによって、いっそう高められる。加えて、図２Ｇの構造は、支持体１０４上へのライトガイド３５０の接着による接合または他のタイプの取り付けによる光結合に起因して生じたであろう、ライトガイド３５０からの光の損失を最小化する。部材３７７は、タッチパネルの外周縁のシールを提供するものとして、光学式タッチパネル構造物において特に有用である。
【００５６】
図２Ｈは、ライトガイド３８０の代替的な例の使用を示しており、該ライトガイドは、非球面の横断面構成と、その光透過性領域の焦点に正確に位置する少なくとも１つの光散乱体とを有する。図２Ｈに示したように、ライトガイド３８０の横断面は、屈折力を持つ光透過性の湾曲した前方部分３８２と、概して平行な中間部分３８４および３８６と、その範囲の全てまたはほとんどに沿って、光を散乱させる白色塗料の比較的幅狭の層３９０が形成された後方部分３８８とを、含んでいることが好ましい。ライトガイド３８０は、押し出しなどの任意の好適な製造技術によって形成され得ることが理解されよう。
【００５７】
湾曲した前方部分３８２は、層３９０の概して反対側にあり、図示したように、層３９０によって散乱された光を、層３９０から遠ざかる方向（矢印３９２で示されている）に延びる平面３９１内に、概してコリメートするように作用する。
【００５８】
本発明の好ましい実施形態によれば、ライトガイド３８０は、細長い透明な装着部および窓部を定める部材３９３（好ましくは、Ｕ型の横断面を持っている）の内部に保持される。部材３９３は、典型的には、支持体１０４（図１）といった支持体に固定される。図２Ｈの構造により、支持体１０４に対するライトガイド３８０の正しい位置合わせ（アライメント）が確実になるため、図１の参照数字１１８によって示されたコリメートされた散乱光は、支持体１０４に対して概して平行に方向付けられる。この位置合わせは、中間部分３８４と３８６とによって定められる平行な表面が、部材３９３で対応する平行な表面３９４と３９５と係合することによって、いっそう高められる。加えて、図２Ｈの構造は、（支持体１０４上へのライトガイド３８０の接着による接合または他のタイプの取り付けによる光結合に起因して生じたであろう）ライトガイド３８０からの光の損失を最小化する。部材３９３は、タッチパネルの外周縁のシールを提供するものとして、光学式タッチパネル構造物において特に有用である。
【００５９】
光学ライトガイド３００、３３０、３５０および３８０の横断面の構成（光散乱体が、屈折力を有する光透過性の前方部分の各々の焦点に正確に位置する構成）によって、非常に均一な厚さの光カーテンが実現され得る。
【００６０】
ここで図３、４Ａおよび４Ｂを参照する。これらは、図１Ａの装置において有用であって、かつ減衰補償を提供する光ファイバーアセンブリ構造物４００の単純化された図である。光ファイバー４１０は、その一端で光源４１２と関係付けられている。１つ以上の不連続部４１６が、概して上述したように、光ファイバー４１０に形成されている。図３では、不連続部４１６は、ファイバー４１０に沿った位置によって、異なる深さまたは幅を持ち得ることが分かる。例えば、図４Ａに示した、光源４１２から比較的遠くの位置での不連続部４１６の部分４２０は、図４Ｂに示した、光源４１２に比較的近い位置での不連続部４１６の部分４３０よりも大きな幅および深さのものであることが分かる。
【００６１】
代替的または付加的には、図５および６に示したように、不連続部５０６は、互いに間隔をおいた別々の不連続部部分５０８で構成されてもよく、その密度(density)は、光源５１２に比較的近い位置５１４におけるよりも、光源５１２から比較的遠くの位置５１０における方が大きいことが分かる。
【００６２】
不連続部４１６（図３）および５０６など、ファイバーの長さにわたって不連続部が変化することの結果としては、ファイバーの一端にある光源からファイバーに沿って伝わる光の減衰が補償されるため、光ファイバーアセンブリ構造物の照明領域の長さに渡って概して均一なレベルの照明が生み出されるということである。
【００６３】
ここで、図７、８Ａおよび８Ｂを参照する。これらは、図１Ｂの装置において有用であって、かつ減衰補償を提供する光学アセンブリ構造物６００の単純化された図である。ライトガイド６１０は、その一端で光源６１２と関係付けられている。１つ以上の光散乱体６１６が、概して上述したように、ライトガイド６１０に形成されている。図７では、光散乱体６１６は、ライトガイド６１０に沿った位置によって異なる深さまたは幅を持ち得ることが分かる。例えば、図８Ａに示した、光源６１２から比較的遠くの位置での光散乱体６１６の部分６２０は、図８Ｂに示した、光源６１２に比較的近い位置での光散乱体６１６の部分６３０よりも大きな幅および深さのものであることが分かる。
【００６４】
ライトガイド６１０の長さに渡って光散乱体が変化することの結果としては、ライトガイド６１０の一端にある光源６１２からライトガイド６１０に沿って伝わる光の減衰が補償されるため、光照明アセンブリ構造物６００の照明領域の長さに渡って概して均一なレベルの照明が生み出されるということである。
【００６５】
本発明は具体的に示して上で説明したものによって限定されないことを当業者は理解するであろう。むしろ、本発明の範囲は、請求の範囲に挙げた特徴の組み合わせおよび部分的組み合わせの両方、ならびに上記記載を読んだ当業者が思い付くであろう先行技術ではないその改良を包含する。
【図１Ａ】
0005415954.tif 000002
【図１Ｂ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
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【図２Ｅ】
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【図２Ｆ】
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【図２Ｇ】
0005415954.tif 000010
【図２Ｈ】
0005415954.tif 000011
【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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