(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ディスプレイ層と、
前記ディスプレイ層の上に配置される、平行な上面および下面、並びに少なくとも４つの端面を有する透明層と、
前記各端面の近傍に配置される、前記透明層の大部分に光を伝搬させ、かつ通過させるために、前記透明層の前記端面を通って前記透明層に光を入射させる少なくとも１つの光源と、
前記各端面の近傍に配置されて前記透明層に接触する少なくとも１つの光検出素子であって、オブジェクトが前記透明層の前記上面に触れて、前記光検出素子が近傍に配置される端面と同一の端面の近傍に配置された光源からの、前記透明層を通過する光の伝搬を妨げると、散乱光を受光するように動作する少なくとも１つの光検出素子と、
前記散乱光を表わす信号群を少なくとも１つの光検出素子から受信して、前記オブジェクトが前記透明層に触れる１つ以上の位置を算出するプロセッサを含む制御回路と、
を備え、
前記透明層の前記各端面、並びに前記透明層の前記端面の近傍における前記上面および前記下面の少なくとも一部が光抑制機構を備える、タッチセンシティブディスプレイ。
【請求項２】
前記各端面の近傍に配置された前記少なくとも１つの光源は、前記透明層に接続されて、前記光が前記透明層に入射して導波モードで伝搬し、
前記オブジェクトが前記透明層に触れると、不連続が生じて前記光の導波モードを乱して前記散乱光を生じる請求項１記載のタッチセンシティブディスプレイ。
【請求項３】
前記各端面に近傍に配置された前記各光源からの光は、少なくとも１つの顕著な特徴を含むことにより、前記プロセッサが、前記信号群のうちの特定の信号を前記各光源に応じて生成される散乱光からの信号であると判別するように動作することができる請求項１または２に記載のタッチセンシティブディスプレイ。
【請求項４】
前記少なくとも１つの顕著な特徴は：
前記各光源からの光の異なる波長、
光が前記各光源から、他の光源からの光と比べて異なる時点で放出されるときの時間成分、
前記各光源からの光が固有の符号で変調されるときの変調成分、及び
前記各光源からの光が固有の周波数で変調されるときの別の変調成分、
のうちの少なくとも１つを含む請求項３に記載のタッチセンシティブディスプレイ。
【請求項５】
前記光抑制機構が、前記透明層の前記端面に沿って配置された低反射率顔料を備えてなる請求項１から４のいずれか１項に記載のタッチセンシティブディスプレイ。
【請求項６】
前記各光源と前記透明層との間に配置され、かつ光を減衰させるように動作する少なくとも１つのフィルタをさらに備えた請求項５に記載のタッチセンシティブディスプレイ。
【請求項７】
前記少なくとも１つのフィルタは、赤外線波長領域の光を減衰させるように動作する赤外線フィルタを含む請求項６に記載のタッチセンシティブディスプレイ。
【請求項８】
前記制御回路は、前記各光源を順番に点灯させるように動作する光源駆動回路を含み、
前記プロセッサは、前記オブジェクトが前記透明層に触れる１つ以上の位置を、前記信号群のうちの特定の信号が、光に応じて特定の時点で生成されたものであることを特定の１つ以上の光検出素子から判別する処理、及び前記信号群のうちの特定の他の信号が、光に応じて特定の他の時点で生成されたものであることを特定の１つ以上の他の光検出素子から判別する処理に部分的に基づいて算出する請求項１から７のいずれか１項に記載のタッチセンシティブディスプレイ。
【請求項９】
請求項１から８のいずれか１項記載のタッチセンシティブディスプレイを使用する方法であって、
前記透明層に光を伝搬させ、かつ通過させるために、光を入射させるステップと；
オブジェクトが前記透明層に触れ、前記透明層を通過する光の伝搬を妨げると発生する散乱光を測定するステップと；
前記オブジェクトが前記透明層に触れる１つ以上の位置を、前記散乱光を測定する前記ステップにより得られる信号群に基づいて算出するステップとを含む方法。
【請求項１０】
前記光が前記透明層に入射して導波モードで伝搬するよう、前記光源を前記透明層に接続するステップと；
前記オブジェクトが前記透明層に触れることにより、前記光の導波モードを乱すステップとをさらに含む請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記透明層の前記各端面に接続される前記少なくとも１つの光源からの光を、前記透明層に入射させるステップと；
前記各光源からの光に少なくとも１つの顕著な特徴を含ませるステップと；
前記少なくとも１つの顕著な特徴に基づいて、特定の信号を前記各光源に応じて生成される散乱光からの信号であると判別するステップとをさらに含む請求項９または１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記少なくとも１つの顕著な特徴は：
前記各光源からの光の異なる波長、
光が前記各光源から、他の光源からの光と比べて異なる時点で放出されるときの時間成分、
前記各光源からの光が固有の符号で変調されるときの変調成分、及び
前記各光源からの光が固有の周波数で変調されるときの別の変調成分、
のうちの少なくとも１つを含む請求項１１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の相互参照】
【０００１】
本出願は、２００９年１１月２５日に出願された米国特許出願第１２／６２５，８８２号の優先権の利益を請求するものである。
【技術分野】
【０００２】
本発明は、液晶ディスプレイ、有機発光ダイオードディスプレイなどのようなタッチセンシティブディスプレイ上のタッチイベントを検出する方法及び装置に関するものである。
【背景技術】
【０００３】
ディスプレイ市場では、タッチ検出機能を提供するディスプレイに大きな注目が集まっている−−そして、タッチ機能を備えるディスプレイの市場規模は、これから数年のうちに途方もなく大きくなると予測される。その結果、多くの会社が、抵抗膜式、投射型静電容量方式、赤外線式などを含む多種多様な検出方式を開発している。これらの方式のうちの多くの方式によって多彩なタッチ機能が可能になるが、各方式は、特定の用途に関して幾つかの性能上の不具合を有しており、そして殆ど全ての方式によって、膨大なコストが各ディスプレイの製造に上乗せされる。
【０００４】
性能に関しては、タッチセンシティブディスプレイの基本的な判断基準として、タッチイベントを正確に検出すること、及びタッチ／ディスプレイウィンドウ上のタッチイベントの正確な位置を求めることを挙げることができる。多くの補助的な属性が、ペン、スタイラスなどのようなヒトの指の限界を超えた種々のタッチ形態を検出する際のフレキシビリティ、複数の同時タッチイベントを検出する機能、位置分解能、及び非タッチ（ホバリングまたは環境外乱）を判別する機能を含む追加機能に関して重要になっている。
【０００５】
タッチセンシティブディスプレイが、ｉＰｈｏｎｅ（商標）、ｉＰｏｄ（商標）などのようなモバイル機器用途に、より幅広く使用されるようになると、タッチセンシティブディスプレイの全体厚さ、及び重量が、実用化において益々重要な判断基準となってくる。このような付加的な基準を考慮に入れると、極めて少ない種類のセンサ方式が非常に有利になってくる。
【０００６】
現在、抵抗膜式タッチスクリーンは、これらの抵抗膜式タッチスクリーンの拡張性、及び比較的低いコストのために、市場において主流となっている。非常に多種多様な抵抗膜式タッチスクリーンは４線式であり、この場合、２つのベタパターン透明導体（通常、インジウム錫酸化物コーティング、ＩＴＯ）が互いに対向し、一方がプラスチックフィルムの裏面に設けられ、そして他方が、ガラス基板の上に設けられる。電圧を各導体に、対向する辺縁の位置で交互に印加する。これらの導体内の抵抗に起因して、電圧降下がシートの両端で生じる。電圧を所定のシートに印加しない場合、当該シートがセンサとして機能する。プラスチックフィルムがタッチイベントにより変形すると、２つの導電性シートが互いに接触するようになり、そして電流が導通シートから非導通シートに流れる。接触点における電圧は、入力端からの距離に依存し、この距離から、接触位置を一方の次元で求めることができる。２つのシートの信号入力側及び電圧検出側を逆にすることにより、位置を同様にして、他方の次元で求めることができる。
【０００７】
プラスチックフィルムが比較的損傷し易い、ＩＴＯコーティングにクラックが発生し易い（従って、このようなコーティングは非常に脆い）、そしてＩＴＯコーティングが所望の通りの透明性も導電性も持たないといった抵抗膜式タッチスクリーンに関連する多数の不具合がある。抵抗膜式タッチスクリーンはまた、ｉＰｈｏｎｅ（商標）（ｉＰｈｏｎｅ（商標）は、静電容量方式タッチスクリーンを使用する）で初めて普及したマルチタッチ機能をサポートすることができない。ｉＰｈｏｎｅで可能な極めて弱いタッチも、フィルムを物理的に変形させて２つのＩＴＯコーティングを接触させる必要があるので、抵抗膜式タッチスクリーンでは可能とはならない。
【０００８】
豊富な品揃えの抵抗膜式よりもコストが高く付くが、静電容量方式タッチスクリーンは益々広く利用されるようになっている。静電容量方式タッチスクリーンは、タッチ感応ガラス層と、そして保護ガラス層と、を含む。タッチ感応ガラス層は電気配線（普通、ＩＴＯ）を表裏面に、普通、交差格子パターンとして、絶縁体（ガラス）を表面と裏面との間に挟むようにして有している。人体は導体であるので、保護ガラスに触れると、局所的に静電場が乱され、この静電場の乱れを容量の変化として測定することができる。方形波を連続して各電気配線に、所定の方向に入力し、そして他方の方向の配線群の各配線との相互静電容量結合を検出する。指が保護ガラスに触れると、相互静電容量が、１つよりも多くの単位セル（格子点におけるそれぞれの配線の交差部）で小さくなる。静電容量方式タッチスクリーンは、当該タッチスクリーンによってマルチタッチ検出が可能になる、当該タッチスクリーンによって極めて微弱なタッチイベントでも検出することができる、当該タッチスクリーンが堅牢である（曲げを必要としない）、そして当該タッチスクリーンが透明性を有するという理由により、望ましい。
【０００９】
静電容量方式タッチスクリーン技術の不具合として：スタイラスによるタッチを検出することができないこと、より大きいサイズへの拡張が難しいこと、及び製造コストが高く付くことを挙げることができる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
従って、この技術分野では、タッチスクリーン技術を向上させて：良好な拡張性、低コスト、スタイラスに対する高い感度、堅牢性、高い透明性、マルチタッチイベントに対する高い感度、及び軽いタッチイベントに対する高い感度を実現する新規の方法及び装置が必要になる。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本明細書において説明される１つ以上の実施形態によれば、方法及び装置によってタッチセンシティブディスプレイが実現し、該タッチセンシティブディスプレイは：ディスプレイ層と；前記ディスプレイ層の上に配置される透明層と；光を誘導して、伝搬させて前記透明層に入射させ、そして／または前記透明層を通過させる少なくとも１つの光源と；前記透明層に接続され、かつオブジェクトが前記透明層の表面に触れ、そして前記透明層を通過する光の伝搬を妨げると、散乱光を受光するように動作する少なくとも１つの光検出素子と；そして前記散乱光を表わす信号群を、前記少なくとも１つの光検出素子から受信し、かつ前記オブジェクトが前記透明層に触れる１つ以上の位置を算出するプロセッサを含む制御回路と、を備える。
【００１２】
本明細書において説明される１つ以上の実施形態による方法は：透明層をディスプレイ層の上に配置するステップと；光を誘導して、伝搬させて前記透明層に入射させ、そして／または前記透明層を通過させるステップと；オブジェクトが前記透明層の表面に触れ、そして前記透明層を通過する光の伝搬を妨げると発生する散乱光を測定するステップと；そして前記オブジェクトが前記透明層に触れる１つ以上の位置を、前記散乱光を測定する前記ステップにより得られる信号群に基づいて算出するステップと、を含むことができる。
【００１３】
本明細書における実施形態の他の態様、特徴、及び利点は、この技術分野の当業者であれば、本明細書における説明から、添付の図面を参照することにより理解できるであろう。
【００１４】
例示のために、現時点で好適である形態をこれらの図面に示しているが、本明細書において説明される実施形態は、開示される厳密な構成及び手段に限定されないことを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本明細書における１つ以上の実施形態において用いることができる特定の特徴を有するタッチセンシティブディスプレイの側面図である。
【図２Ａ】本明細書における１つ以上の実施形態による光反射抑制機構を用いたタッチセンシティブディスプレイの側面図である。
【図２Ｂ】本明細書における１つ以上の実施形態による光反射抑制機構を用いたタッチセンシティブディスプレイの側面図である。
【図３】本明細書における１つ以上の別の実施形態によるタッチセンシティブディスプレイの別の実施形態の模式図である。
【図４】本明細書における１つ以上の実施形態による別の光反射抑制機構を用いたタッチセンシティブディスプレイの側面図である。
【図５】図４の光反射抑制機構に使用される１つ以上のフィルタの幾つかの透過率特性を示すグラフである。
【図６】本明細書における１つ以上の更に別の実施形態によるタッチセンシティブディスプレイの更に別の実施形態の模式図である。
【図７】本明細書における１つ以上の更に別の実施形態に従って使用することができる能動スタイラスの模式図である。
【図８】本明細書における１つ以上の別の実施形態による別のタッチセンシティブディスプレイの側面図である。
【図９】本明細書における１つ以上の実施形態に使用されるために適する符号変調／復調回路のブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
同様の参照番号が同様の構成要素を示すこれらの図面を参照するに、図１に図示されているのは、本明細書において説明される１つ以上の実施形態及び態様によるタッチセンシティブディスプレイ１００Ａである。タッチセンシティブディスプレイ１００Ａは、多種多様な消費者向け家電製品、例えば無線通信可能な携帯電話機及び他の電子機器、ミュージックプレーヤ、ノートブックコンピュータ、モバイル機器、ゲームコントローラ、コンピュータ「マウス」、電子ブックリーダ、及び他の機器に使用することができる。
【００１７】
タッチセンシティブディスプレイ１００Ａは、ディスプレイ層１０２と、そしてタッチスクリーン層１０４（このタッチスクリーン層１０４は、保護カバー層として動作することもできる）と、を含む。タッチセンシティブディスプレイ１００Ａは、エアギャップをディスプレイ層１０２とタッチガラス１０４との間に含むことができる。
【００１８】
タッチスクリーン層１０４は、ユーザがタッチセンシティブディスプレイ１００Ａとタッチイベントを通じて対話するために利用することができる表面１０６を含む。種々のインディシア（ｉｎｄｉｃｉａ：しるし）または１つのインディシアをユーザに対して、表面１０６に提示する、または表面１０６を通じて提示することにより、ユーザをこのような対話に誘導することができる。例えば、当該インディシアとして、スクリーン１０４の表面１０６のうち、ほんの少しの例として、ユーザ選択、ソフトウェア実行などを表示するために確保されるエリア群を挙げることができる。この記載において後で更に詳細に説明するように、タッチセンシティブディスプレイ１００Ａは、信号群をスクリーン１０４から受信して、表面１０６におけるイベント群の特定位置を含むタッチイベント群を検出する電子回路を含むことができる。
【００１９】
タッチスクリーン層１０４は、ガラス、プラスチックなどのような何れかの適切な透明材料により形成することができる。プラスチックは安価であるが、ガラスは、性能を向上させると考えられる。従って、この記載の残りの部分では、ガラス材料を使用して、タッチスクリーン層１０４を形成することを前提として説明を進める。一例として、ガラスは、ソーダ石灰系ガラスのような化学強化ガラスとすることができる。１つのこのようなガラスが、イオン交換を利用して硬度を上げたアルカリアルミノケイ酸ガラスである。これらの種類のガラスは多くの場合、Ｎａ２Ｏ（ソーダ）、ＣａＯ（石灰）、及びＳｉＯ２（シリカ）だけでなく、ＭｇＯ、Ｌｉ２Ｏ、Ｋ２Ｏ、ＺｎＯ、及びＺｒＯ２のような他の幾つかの酸化物から成る組成物である。一旦、イオン交換を利用して硬度を上げると、これらの種類のガラスは、特定の特徴を有するようになり、これらの特徴によって、これらのガラスは、タッチスクリーン用途に関してのみならず、カバーガラス（保護）用途に関しても望ましくなる。タッチスクリーン１０４としての使用に適するソーダ石灰系ガラスについての調製及び／又は製造に関する具体的な内容に関する更なる詳細については：２００７年７月３１日出願の米国特許出願第１１／８８８，２１３号；２００９年８月７日出願の米国特許出願第１２／５３７，３９３号；２００９年８月２１日出願の米国特許出願第１２／５４５，４７５号；及び、２００９年２月２５日出願の米国特許出願第１２／３９２，５７７号の各明細書のうちの１つ以上の特許文献を参考にすることができ、これらの特許文献の全開示内容を本明細書において参照することにより、当該内容が本明細書に組み込まれる。
【００２０】
ディスプレイ層１０２は、ＬＣＤディスプレイ技術などのような公知の電子ディスプレイ技術のうちの何れかのディスプレイ技術を用いて形成することができる。当該ディスプレイは、バックライト機構（図示せず）を含むことができ、このバックライト機構は、光を生成し、そして光を、タッチガラス層１０４を透過させて、光が、破線矢印で示すように、表面１０６を略直角に通過するようにする。１つ以上の実施形態では、前述のインディシアをユーザにディスプレイ層１０２を介して、光を、タッチスクリーン層１０４を通って投射することにより提示することによりことができる。
【００２１】
バックライト機構または別の光源１１０を利用するかどうかに関係なく、タッチセンシティブディスプレイ１００Ａは、光を誘導してガラス層に入射させる、そして／またはガラス層を伝搬させる少なくとも１つの光源を含む。ディスプレイ層１０２にバックライト機構を用いる場合、当該バックライト機構からの光は、タッチガラス層１０４を略直角に伝搬することになる。光源１１０を用いる場合、光源１１０からの光は、タッチガラス層１０４に、タッチガラス層１０４の端面を通って入射し、そしてガラス内を導波モード１１２で伝搬することになる。一例として、光源１１０は、約４００ｎｍ〜約６５０ｎｍの波長領域の光を発光する可視光ＬＥＤ、または約７００ｎｍ超の波長の光を発光する赤外線ＬＥＤのような１つ以上のＬＥＤを含むことができる。
【００２２】
ユーザの指のようなオブジェクトがタッチガラス層１０４の表面１０６に触れると、タッチガラス層１０４を通過する光の伝搬が乱されることにより、散乱光エネルギー１１４を発生する。タッチセンシティブディスプレイ１００Ａは、ガラス層１０４に接続され、かつオブジェクトが表面１０６に触れると散乱光エネルギー１１４を受信する、または検出するように動作する少なくとも１つの光検出素子１１６を含む。少なくとも１つの光検出素子１１６（フォトダイオード、撮像素子、または同様の素子）は、オブジェクトがガラス層１０４に触れる１つ以上の位置を算出するために十分な散乱光エネルギー１１４を示す信号群を生成することができる。タッチイベントの位置を算出する方法については、この記載の後の部分で、更に詳細に説明する。
【００２３】
高い信号対雑音比を維持して、散乱光１１４を光検出素子１１６で正確に検出するためには、入射光１１２及び／又は散乱光１１４がタッチガラス層１０４の端面によって反射されるのを最小限に抑えることが望ましい。この点に関して、かつ図２Ａ及び２Ｂを参照するに、タッチセンシティブディスプレイ１００Ａ（及び／又は、本明細書における他の実施形態のうちの何れかの実施形態）は更に、このような光反射を低減するように動作する１つ以上の光抑制機構１２０Ａ及び／又は１２０Ｂを含むことができる。
【００２４】
光抑制機構１２０Ａは、ガラス層１０４の少なくとも１つの端面に沿って配置される低反射率顔料（黒色ペイントまたは光吸収材料のような）を含む。少なくとも１つの光源１１０を用いて、光１１２を入射させる場合、光抑制機構１２０Ａの低反射率顔料を、光源１１０とは反対側の端面に配置することが望ましい。低反射率顔料は、端面自体にのみ塗布される場合に良好に機能することができる；しかしながら、有利な結果は、顔料が端面だけでなく、このような端面に隣接するガラス層１０４の上面及び下面の少なくとも一部に配置される場合に得られると考えられる。顔料をガラス層１０４の全ての端面だけでなく、隣接する表面の関連する部分に含んでいることが最も好ましい。
【００２５】
光抑制機構１２０Ｂは、ガラス層１０４の先細り厚肉部を端面または端面群に含む。この場合も同じように、少なくとも１つの光源１１０を用いて、光１１２を入射させる場合、光抑制機構１２０Ｂの先細り端部を、光源１１０とは反対側の端面に配置することが望ましい。更に、同様に、光抑制機構１２０Ｂをガラス層１０４の全ての端面に用いることが望ましい。光抑制機構１２０Ｂを先細りにすることにより、「漏洩導波管」特性をタッチガラス層１０４に持たせて、ガラスに戻ってくる光反射を抑制する。基本的に、光抑制機構１２０Ｂの先細りは、後方散乱を、ガラス層１０４の端面に達する光を漏洩させることにより低減させる。
【００２６】
漏洩導波管特性の機能を例示するために、図２Ｂは、タッチガラス層１０４内の２つの導波光線を示している。第１光線１２２は、表面１０６の法線と約４０度の角度をなし、この角度は、約１．５７２の屈折率を持つガラスの約３９．５度の臨界角度に近い。第２光線１２４は、先細り領域に衝突する前に、タッチガラス層１０４の中心線に沿って伝搬する。これらの２つの光線１２２，１２４は、導波光線角度の両極限位置を表わす。光線１２２，１２４が、光抑制機構１２０Ｂの先細り部分に衝突し、先細り部分で反射され、そして再度、先細り部分に衝突すると、入射角は、これらの光線が臨界角度以下で入射し、そしてタッチガラス層１０４から漏洩し始めるまで変化する。このようにして、タッチガラス層１０４に戻る反射を抑制する、そして／または最小限に抑える。
【００２７】
後方散乱（例えば、跳ね返り回数、及び戻り光損失）の抑制特性は、タッチガラス層１０４の幾何学構造及び率屈折率に依存する。ガラスが約１．５７２の屈折率、１単位の厚さ、及び１０度の先細り（例えば、約５．５９単位の傾斜）を持つ場合、光線１２２，１２４には、約７回の漏洩と跳ね返りが生じることが計算により推定されている。１０度の先細りを持つ場合について考察し、そして開示しているが、他の先細り角を用いてもよい。一般的に、先細りが更に増すと、反射されてタッチガラス層１０４に戻る前に、より多くの回数の漏洩と跳ね返りが、光線１２２，１２４に生じることになる。光線１２２に関する詳細な計算から、約６．６５Ｅ−１３の戻り光損失（７回の漏洩と跳ね返りに起因する）がｐ偏光光の場合に生じ、そして約３．０１Ｅ−９の戻り光損失がｓ偏光光の場合に生じることが判明した。反射光は、s偏光成分が強い。ＬＥＤ光源１１０はランダムに偏光するので、平均端面反射率は約１．５Ｅ−９である。高い反射抑制効果（２桁または３桁の）が、ｐ偏光透過偏光板を光検出素子１１６の前面に配置することにより得られる。更に、（黒色ペイントまたは光吸収材料のような）前述の顔料を先細り部分に用いることにより、端面反射を更に低減することができる。
【００２８】
次に、図３を参照するに、図３は、本明細書における１つ以上の別の実施形態によるタッチセンシティブディスプレイ１００Ｂの別の実施形態を模式的に表わしている。タッチセンシティブディスプレイ１００Ｂは、ディスプレイ層（図示せず）と、そしてタッチガラス層１０４と、を含み、タッチガラス層１０４は上方から眺めた様子が示され、そしてタッチガラス層１０４は、この場合も同じように、保護カバーガラス層として機能することもできる。この実施形態では、タッチセンシティブディスプレイ１００Ｂは、複数の光源１１０Ａ，１１０Ｂ，１１０Ｃ，及び１１０Ｄを含み、各光源１１０は、スクリーン１０４の端面１３０Ａ，１３０Ｂ，１３０Ｃ，及び１３０Ｄのうちの該当する１つの端面に接続される。以下に更に詳細に説明するように、少なくとも１つの光源１１０を、スクリーン１０４の各端面に用いることにより、より少ない個数の光源１１０とは異なり、有利な機能を提供することができる。しかしながら、４つのこのような光源１１０を示しているが、何れかの適正な数を用いることができる。例えば、２つ、３つ、またはそれよりも多い数のこのような光源１１０を用いることができる。
【００２９】
タッチセンシティブディスプレイ１００Ｂは、複数の光検出素子１１６Ａ，１１６Ｂ，１１６Ｃ，及び１１６Ｄを含み、各光検出素子は、スクリーンの外周部の周りに意図的に配置される。具体的には、有利な動作は、光検出素子群１１６のそれぞれ１つの光検出素子がスクリーン１０４の各隅角部に配置される場合に得られる。しかしながら、十分な検出機能が得られる限り、何れの数の光検出素子１１６を用いることもでき、かつこれらの光検出素子の何れの配置(群)を用いても良いことを理解されたい。
【００３０】
タッチセンシティブディスプレイ１００Ｂはまた、制御回路１４０を含む、または制御回路１４０に接続される。制御回路１４０は、これらの光源１１０を作動させ、信号群をこれらの光検出素子１１６から受信し、そしてこのような信号を処理して、オブジェクトがタッチガラス層１０４の表面１０６に触れる１つ以上の位置を求めるために必要な機能を提供する。具体的には、当該制御回路は、マイクロプロセッサ１４２と、ドライバ回路１４４と、そしてインターフェース回路１４６と、を含む。マイクロプロセッサ１４２は、ドライバ回路１４４及びインターフェース回路１４６に、信号線、バスなどを介して接続される。マイクロプロセッサ１４２は、コンピュータ可読符号（ソフトウェアプログラム）を実行し、このコンピュータ可読符号によって、ドライバ回路１４４及びインターフェース回路１４６の動作を制御し、そして調整して、前述の機能を実現する。例えば、マイクロプロセッサ１４２は、制御信号群をドライバ回路１４４に供給して、それぞれの光源１１０を点灯及び消灯すべき時点を指示する。本明細書において後で更に詳細に説明するように、マイクロプロセッサ１４２は更に、付加的な情報を供給して、ドライバ回路１４４が、これらの光源１１０から放出される光を変調することができるようにする。インターフェース回路１４６は、信号群をこれらの光検出素子１１６から受信し、そしてこのような信号を処理して、これらの信号をマイクロプロセッサ１４２に入力することができるようにする。例えば、これらの光検出素子１１６がフォトダイオードである場合、インターフェース回路１４６は、これらのフォトダイオードを適切なバイアス状態に設定して、これらのフォトダイオードが光エネルギーを正しく検出することができるようにする。この点に関して、インターフェース回路１４６によって、特定の時間区間において、特定の光検出素子１１６を作動状態にし、そして他の光検出素子１１６を非作動状態にすることができる。インターフェース回路１４６は更に、これらのフォトダイオードから受信するアナログ信号を処理し、そして同アナログ信号をデジタル形式に変換してマイクロプロセッサ１４２に渡すことができる。
【００３１】
マイクロプロセッサ１４２は、標準デジタル回路のような適切なハードウェア、公知のプロセッサ群のうちのソフトウェアプログラム及び／又はファームウェアプログラムを実行するように動作することができる何れかのプロセッサ、プログラマブルリードオンリメモリ（ＰＲＯＭ）、プログラマブルアレイロジックデバイス（ＰＡＬ）などのような１つ以上のプログラマブルデジタルデバイスまたはシステムを利用して実現することができる。更に、制御回路１４０は、特定の機能ブロック群（マイクロプロセッサ１４２、ドライバ１４４、及びインターフェース１４６）に区分されるものとして図示されているが、このようなブロック群は、個別の回路により実現することができる、そして／または組み合わせて１つ以上の機能ユニットとすることができる。
【００３２】
マイクロプロセッサ１４２は、異なるソフトウェアプログラムを実行して異なる方法を実行することにより、オブジェクトがタッチガラス層１０４の表面１０６に触れる１つ以上の位置を算出することができる。１つのこのような方法が三角測量法であり、この三角測量法は、変化ポイント（この場合、オブジェクトがスクリーン１０４に触れるポイント（群））の位置を、既知ポイント群からこのようなポイントに至る角度を測定することにより求める公知のプロセスである。次に、変化ポイントは、１つの既知の辺、及び２つの既知の角度を持つ三角形の第３ポイントとして算出することができる。タッチセンシティブディスプレイ１００Ｂでは、これらの光検出素子１１６のうちの何れか２つの光検出素子１１６を、三角測量アルゴリズムにおける固定ポイント群とすることができる。位置計算の精度を向上させるために、複数ペアの光検出素子１１６を使用して、タッチポイントを複数回算出し、そして次に、統計計算を利用して、最終的なタッチ位置に辿り着くことができる。
【００３３】
幾つかの実施形態では、光検出素子群１１６の動作特性によって、三角測量法の使用が問題となり得る。例えば、光検出素子群１１６が、光強度のみを測定するフォトダイオードである場合、三角測量法は、行なうことが難しい、または不可能である。タッチイベントの位置を算出する別のアプローチでは、これらの光検出素子１１６が検出するそれぞれの信号強度を比較する。一例として、素子１１６Ａ及び１１６Ｄが同じ信号強度を測定する場合、タッチイベントの位置が２つの素子１１６Ａ及び１１６Ｄから等距離の直線上に在ると判断される可能性がある。しかしながら、これらの信号が等しくない場合、タッチイベントの位置が、他方の素子よりも一方の素子の方に近いと判断される可能性がある。実際、タッチイベントの位置は、直線上に在るのではなく、円弧上に在ることがあり得る。第３素子１１６Ｂの信号強度を検出することにより、タッチ位置に対応する単一ポイントを求めることができる。例示のために、かつ限定しないために、スクリーン１０４上のタッチイベントの位置を、これらの光検出素子１１６から受信する振幅データに基づいて算出する例示的なアルゴリズムを、この説明の後の方で、「例−位置検出アルゴリズム」という見出しで説明する。
【００３４】
タッチ位置を算出するために使用される数学的手法の精度に影響する種々の要素の中でもとりわけ、これらの光検出素子１１６から受信する信号群を、特定の光源１１０または一連の光源１１０からの光エネルギーから取り出される信号として判別することができるマイクロプロセッサ１４２の能力がある。この点に関して、制御回路１４０は、光源群１１０のうちの少なくとも２つの光源（好ましくは、全ての光源）から放出される光が、少なくとも１つの大きく異なる性質を持つように動作することができる。このようにして、マイクロプロセッサ１４２は、このような性質の指示値を、これらの光検出素子１１６により生成される信号から抽出することにより、これらの信号のうちの何れの信号が、光源群１１０のうちの特定の光源に応じて生成される散乱光から取り出されたかを判別することができる。
【００３５】
これらの顕著な特徴として：（ｉ）光源群１１０のうちの２つ以上の光源から放出される光の異なる波長；（ｉｉ）変調成分によって、２つ以上の光源から放出される光が、それぞれ異なる符号で変調される構成の変調成分；及び（ｉｉｉ）周波数変調成分によって、２つ以上の光源から放出される光が、それぞれ異なる周波数で変調される構成の周波数変調成分、及び（ｉｖ）時間成分（または、時間多重）によって、光が、光源群のうちの２つ以上の光源から異なる時点で放出される構成の時間成分、のうちの少なくとも１つを挙げることができる。
【００３６】
今度は、上に挙げた顕著な特徴群の各特徴を取り入れることにより、光源群１１０の各光源を、異なる光波長の該当するＬＥＤで実現することができる。例えば、光源１１０Ａは、約４３０ｎｍ〜約４７０ｎｍの波長領域（この波長領域は普通、青色光スペクトルである）のような第１波長領域の光を放出することができる。光源１１０Ｂは、約４９０ｎｍ〜約５５０ｎｍの波長領域（この波長領域は普通、緑色光スペクトルである）のような第２波長領域の光を放出することができる。光源１１０Ｃは、約６１５ｎｍ〜約６５０ｎｍの波長領域（この波長領域は普通、赤色光スペクトルである）のような第３波長領域の光を放出することができる。これらの可視青色、緑色、及び赤色波長領域は、例示のためにのみ列挙しているにすぎない。実際、他の領域（複合青−緑発光波長領域、複合緑−赤発光波長領域など）を用いることもできる。更に、赤外線波長のような非可視波長を用いることもできる。従って、例えば光源１１０Ｄは、約８２０ｎｍ〜約８８０ｎｍの波長領域のような第４波長領域の光を放出することができる。
【００３７】
光源群１１０のうちの２つ以上の光源が、異なる波長の光を放出しているとすると、ステップ群をスクリーン１０４自体、及び／又は制御回路１４０の内部で行なって、これらの光検出素子１１６から受信する信号群を判別することができる。例えば、これらの光検出素子１１６は、特定の素子群１１６だけが、特定の光源群１１０から放出される散乱光を検出し易くなるように配置することができる。具体的には、光検出素子群１１６の向きが与えられると、各光源１１０の光照射領域から、光検出素子群１１６のうちの特定の光検出素子を除外することができる。一例として、光源１１０Ａの光照射領域には、スクリーン１０４のうちの破線１３４Ａよりも前方にのみ位置する部分を含めることができる。スクリーン１０４の端面群１３０における光反射が低減される、または最小限に抑えられると仮定すると、光検出素子１１６Ａ及び１１６Ｄ（光源１１０Ａと同じ端面１３０Ａに沿って位置している）は、光源１１０Ａからの光に起因するタッチイベントによる散乱光エネルギーを受信することになり、そして光源１１０Ａから直接入射する光エネルギーは受信しないことになる。同様の分析が、他の光源群１１０及び光検出素子群１１６に当てはまる。
【００３８】
光検出素子群１１６自体は、この技術分野で公知のように、光エネルギーの波長に異なる態様で応答することができる。例えば、所定の光検出素子１１６は、幾つかの波長に応答し、かつ他の波長には応答しないセンサ群を含むことができることにより、受信する光エネルギーの大きさのみならず、当該光エネルギーの波長（群）を示す出力を供給することができる。
【００３９】
制御回路１４０が、具体的には、マイクロプロセッサ１４２が、光源群１１０からの入射光ではなく、それぞれの光検出素子１１６から受信する信号群を、光散乱イベントに由来するものとして判別することができる。更に、このような信号群は、スクリーン１０４上でのタッチイベント群の位置または位置群を算出するために適する計算アルゴリズムに使用することができる。
【００４０】
上に説明したように、波長の顕著な特徴（当該特徴の他に、以下に説明する１つ以上の他の特徴も）を利用するタッチ位置計算の精度は、スクリーン１０４の端面群１３０における光反射の度合い、及び性質に影響される。このような端面反射が低減される、または最小限に抑えられることが最も望ましい。この点に関して、タッチセンシティブディスプレイ１００Ｂは、図２Ａ〜２Ｂを参照しながらこれまで説明してきた端面反射以外の、または端面反射の他のこのような端面反射を低減する付加的な機能を含むことができる。
【００４１】
この点に関して、図４を参照するが、図４は、更に別の光反射抑制機構を用いるタッチガラス層１０４の側面図を示している。具体的には、低反射率顔料１２０Ａを、ガラス層１０４の端面１３０（好ましくは、全ての端面）に沿って配置することができる。低反射率顔料１２０Ａは、当該顔料を貫通する窓を、それぞれの光源１１０に隣接して含むことにより、当該光源からの光を、邪魔されずに、ガラス層１０４に入射させることができる。窓及び／又は光源１１０自体による反射（別の光源、または散乱イベントから入射する光エネルギーに起因する）を低減するために、少なくとも１つのフィルタ１２６を、光源１１０とガラス層１０４の端面１３０との間に配置することができる。フィルタ１２６は、該当する光源１１０から発生する波長の領域から離れた波長領域の光を大幅に減衰させるように動作する。このようにして、窓及び光源１１０自体は、このような波長領域から離れた波長領域の光にとっては、「暗く」（すなわち、非反射体に）見える。可視光波長領域の場合、フィルタの具体的なフィルタ特性によって異なるが、単一のフィルタ１２６を用いることができる。しかしながら、或る場合には、第１フィルタ１２６Ａ及び第２フィルタ１２６Ｂが、注目領域全体をフィルタリングするために必要となる。例えば、一方のフィルタ１２６Ａが、第１可視光波長領域（前述の青色光領域のような）から離れた波長領域の光を減衰させることができるのに対し、他方のフィルタ１２６Ｂは、赤外線波長領域のような別のこのような領域から離れた波長領域の光を減衰させることができる。
【００４２】
図５は、フィルタ群１２６のうちの１つ以上のフィルタの幾つかの透過特性を示すグラフである。具体的には、入射光波長（例えば、青色光波長１２８Ａ、緑色光波長１２８Ｂ、赤色光波長１２８Ｃ、赤外線波長１２８Ｄ）とそれぞれのフィルタ特性１２９Ａ、１２９Ｂ、１２９Ｃ、１２９Ｄとの間の関係を示している。グラフの垂直軸は、これまでの通り、光源１１０のパーセント透過率、またはフィルタを透過するパーセント透過率を表わしているのに対し、水平軸は、光波長をｎｍ単位で表わしている。
【００４３】
前述の顔料、先細り部分、及び／又はフィルタ１２６が、端面反射を十分減衰させることができないと判断される場合、光検出素子群１１６からの所望の信号を不所望の信号に対して、光源群１１０から発生する光を幾つかの付加的な情報で変調することにより、詳細に判別することができる。一例として、ドライバ回路１４４は、光源群１１０のうちの１つ以上の光源を変調して、当該光源群からのそれぞれの光が、公知のウォルシュ符号（Ｗａｌｓｈ  ｃｏｄｅｓ）と同様の直交符号のような特定の符号を含むようにすることができる。一例として、特定の光源１１０から発生する光は、特定のビットレート（１ｋＨｚのような）の変調２０ビットウォルシュ符号を含むことができる。インターフェース回路１４６は光受信機を含むことができ、この光受信機は、特定のウォルシュ符号を復調することができ、そしてこのような符号を含まない信号群を拒否することができる。この変調／復調プロセスによって確実に、（対向する端面または隣接する端面に位置する他の光源群１１０から直接放出される光ではなく）タッチイベントによる散乱光に応じて生成される信号群のみを処理して、タッチ位置を算出することができる。変調及び復調回路（直交符号化方式のような）は、信号処理分野では公知であることに留意されたい。説明を進めるために、このような変調及び復調回路の実施形態についての更に詳細な説明は、この説明の後の方の部分に、「例−符号変調の実施」という見出しで提示される。
【００４４】
上記符号変調の変形例が、周波数変調の使用である。この実施形態では、ドライバ回路１４４は、光源群１１０のうちの１つ以上の光源を変調して、光源からのそれぞれの光が、特定の周波数、または周波数群（当該周波数を調整光受信機によって判別することができる）。インターフェース回路１４６は適切な光受信機を含むことができ、この光受信機は、特定の周波数を復調することができ、そしてこのような周波数を含まない信号群を拒否することができる。符号変調の場合と同じように、この変調／復調プロセスによって確実に、（対向する端面または隣接する端面に位置する光源群１１０から直接放出される光ではなく）タッチイベントによる散乱光に応じて生成される信号群のみを処理して、タッチ位置を算出することができる。周波数変調及び復調回路は、信号処理分野では公知であるので、周波数変調及び復調回路の実施例についての詳細な説明は、この説明から省略されていることに留意されたい。
【００４５】
次に、特定の散乱イベント及び特定の光検出素子１１６に関する情報を載せた信号群を取り出し易くするために用いることができる次の顕著な特徴を取り入れることにより、光源群１１０の各光源を、時間多重方式で作動させることができる。例えば、制御回路１４０（例えば、ドライバ回路１４４）によって、光源群１１０のうちの１つの光源（または、特定の光源群）のみが、特定の時間区間において発光するようにすることができる。同時に、制御回路１４０（例えば、インターフェース回路１４６）によって、光検出素子群１１６のうちの特定の光検出素子群のみが、このような時間区間において作動状態になるようにすることができる。
【００４６】
上記内容を例示すると、光源１１０Ａが作動状態になっている場合、制御回路１４０は、光検出素子１１６Ａ及び１１６Ｄのみを作動させることができる。これらの状態では、かつ端面反射が低く抑えられていると仮定すると、光検出素子１１６Ａ及び１１６Ｄ（光源１１０Ａと同じ端面１３０Ａに沿って位置している）のみが、光源１１０Ａからの光に起因するタッチイベントによる散乱光エネルギーを受信し、そして光源１１０Ａから直接入射する光のエネルギーは受信しない。同様の分析が、他の時間区間における他の光源群１１０及び光検出素子群１１６に当てはまる。この時間多重方式は、１つよりも多くの光源１１０を一度に作動させることにより用いることができるが、その場合には、タッチ位置の算出の際に複数の光源を考慮に入れるように細心の注意を払う必要があることに留意されたい。更に、この時間多重方式は、同じ波長、または同じ波長領域の光源群１１０を利用して用いる必要があるが、その理由は、一度に作動状態になる光源群１１０及び光検出素子群１１６の数が少なく限定されるからである。従って、タッチスクリーン１０４の表面１０６の汚れによる悪影響を低減するために、そして／またはインディシアを実際にこのような表面１０６に表示することができるようにするために、またはそれ以外には、インディシアでこのような表面１０６を見えなくするために、これらの光源は全て、赤外線域の光源とする必要がある。
【００４７】
時間多重方式を用いて、制御回路１４０は、それぞれの光検出素子１１６から受信する信号を、光源１１０からの入射光ではなく、光散乱イベントに由来するものとして判別することができる。これにより、このような信号を、例えばスクリーン１０４上でのタッチイベント群の位置または位置群を算出するアルゴリズムに使用することができる。この場合も同じように、「例−位置検出アルゴリズム」という見出しで説明される例示的なアルゴリズムを用いてタッチイベント群の位置を算出することができる。
【００４８】
次に、図６を参照するに、図６は、本明細書における１つ以上の別の実施形態によるタッチセンシティブディスプレイ１００Ｃの別の実施形態の模式図を示している。タッチセンシティブディスプレイ１００Ｃもまた、ディスプレイ層（図示せず）と、そして上面図として図示されるタッチガラス層１０４と、を含む。この実施形態では、タッチセンシティブディスプレイ１００Ｃは、複数の光源１１０Ａ（例えば、４個の）を１つの端面１３０Ａに沿って含み、複数の光源１１０Ｂを別の端面１３０Ｂに沿って含み、他の光源も同様にして含む。同様に、タッチセンシティブディスプレイ１００Ｃは、複数の光検出素子（例えば、４個の）を端面１３０Ａに沿って含み、複数の光検出素子を他の端面１３０Ｂに沿って含み、他の光検出素子も同様にして含む。本明細書における他の実施形態の場合と同じように、タッチセンシティブディスプレイ１００Ｃは更に、制御回路１４０を含む、または制御回路１４０に接続される。タッチセンシティブディスプレイ１００Ｃは、これまでの実施形態のタッチセンシティブディスプレイ１００Ｂと同様に動作することができるが、スクリーン１０４の所定の端面１３０に沿った光源群１１０の全てを、波長分割多重の場合には、同じ波長（または、同じ波長領域）とすることができる、そして／または時間分割多重の場合には、同時に作動させる／遮断することができる。各それぞれの端面１３０に沿った光検出素子群１１６に関しても同様の構成とする。
【００４９】
タッチセンシティブディスプレイの更に別の実施形態によれば、図１，３，及び６に示す前述の実施形態群のうちの何れの実施形態も、蛍光発光の原理で動作することができる。オブジェクト（ヒトの指のような）が、ガラス層１０４の表面１０６に触れることに起因する入射光に応答して蛍光発光する場合、オブジェクトからの蛍光光は、ガラス層１０４に入射することができる。光源群１１０を細心の注意を払って選択して得られる蛍光光が、入射光とは異なる、より長い波長を有する場合、制御回路１０４によって散乱光を容易に検出することができ、そして検出される入射光を拒否することができる。
【００５０】
本明細書の現在の箇所に説明されているように、指で光を散乱させて、タッチイベントの検出を可能にしている。光を同様に散乱させることができる受動スタイラスで、正に同じ操作を行なうことができる。しかしながら、能動スタイラスを実現する可能性も存在する。カバーガラス内に供給される、またはカバーガラスを通って供給される光を反射するのではなく、能動スタイラスが光源となる。
【００５１】
次に、図７を参照するに、図７は、本明細書において開示されるタッチセンシティブディスプレイ群１００のうちの１つ以上のタッチセンシティブディスプレイと組み合わせて使用することができる能動スタイラス２００の模式図である。一般的に、能動スタイラス２００のアプローチでは、光散乱を利用するのではなく、光源２１０を収容してタッチ位置検出を、ユーザがタッチスクリーン１０４に触れるために用いる形態のハウジング２０２内で行なう。このアプローチの利点は一つには、光源２１０が、何れの散乱光よりも強度がずっと高く、実際、そのように強度が高いことから、ユーザが場合によっては、位置検出ができないほど多くの量の光を減衰させることなく、スタイラス２００で書き込みを行ないながらユーザの手のひらをスクリーン１０４に載せることができるので、確実であるということである。能動スタイラス２００を使用する場合、光をタッチスクリーン１０４内に、またはタッチスクリーン１０４を通って供給する光源群１１０は、必ずしも必要ではないので、これらの光源を一括して無くすか、または一時的に消灯することができる。光源群１１０を一時的に消灯することにより、２つの動作モード：タッチ検出を、光源群１１０を用いて行なう１つのモード；及びタッチ検出を、能動スタイラス２００を用いて行なう別のモードを実現する。
【００５２】
光源２１０は、ＩＲ  ＬＥＤのようなＬＥＤとすることができ、この場合、光検出素子群１１６は、ＩＲ光を検出するように適合させる。光を、上に説明した通りに変調しようとする場合、光源２１０からの光の放出、及び光検出素子群１１６における信号検出を同期させる手段を用いる。このような手段は、当業者であれば、上の説明が与えられ、そして本明細書において後の方で図９を参照しながら示され、かつ説明されるシステムが与えられる場合には、容易に理解できるであろう。光源からの光で、ハウジング２０２の遠位端のボール２０４を照らし、このボール２０４は、スタイラス２００から放出される光を拡散させ、かつランダム化する。このような拡散によって、スタイラス２００の姿勢が、光検出素子群１１６の位置における光の検出に影響することが無くなる。ボール２０４は、例えば約１％の二酸化チタンが充填されて散乱剤として機能するプラスチックのような何れかの適切な材料により形成することができる。
【００５３】
光源２１０を、タッチスクリーン１０４との接触がないときにバッテリ２０６によって作動させることは望ましくない。スタイラス２００をスクリーン１０４に接触する場合にのみ点灯させることができる非常に多種多様な可能な機械的構成が存在する。一例として、ボール２０４は、バネリング２０８によって、ハウジング２０２の遠位端に向かって前方に付勢されるようにすることができる。バネリング２０８は、或る弾性材料により形成することができ、この弾性材料は、極めて小さい力で圧縮することができ、かつ圧力を解除すると、当該材料のより大きい正常な形状に弾性力によって戻る。圧力をボール２０４に加え、そしてバネリング１０８を圧縮すると、導電性接点板２１２によって、２つのスイッチ接点２１４が接続されることにより、電流をバッテリ２０６から光源２１０に流すことができる。更に、または別の構成として、バッテリ２０６は無くすことができ、そしてスタイラス２００は、タッチ感応ディスプレイ１００内のホストが出力する電力を取得する機能を備えることができる。
【００５４】
図８は、更に別のタッチセンシティブディスプレイ１００Ｄを示している。タッチセンシティブディスプレイ１００Ｄは、ディスプレイ層１０２と、ガラス層１０４（このガラス層１０４は、ディスプレイ層１０２の上に配置することができる）と、そしてガラス層１０４の上の弾性タッチ層１０５と、を含む。ギャップが弾性タッチ層１０５とガラス層１０４との間に、スペーサなどを挟んで形成される。タッチ層１０５は、曲がることができ、かつガラス層１０４にタッチイベントに応じて接触することができる適切なポリマーにより形成される。更に、タッチ層１０５は、良好な導波特性を有する材料により形成される。光源１１０は光を生成し、この光は、ガラス層１０４に入射し、そしてガラス層１０４内を導波モードで伝搬する。ガラス層１０４内では内部全反射が生じることから、タッチイベントが生じない状態では、光がタッチ層１０５に入射することがないので、散乱光を光検出素子群１１６が検出することはない。タッチイベントが生じると、ガラス層１０４内を伝搬する光の導波モードが消失し、そして当該光の或る部分がタッチ層１０５に入射する。これらの光検出素子１１６は従って、このような光を測定することができ、そしてこのような光を示す信号群を制御回路（図示せず）に供給することができる。このようにして、制御回路は、タッチイベントの位置を、上に説明した同様の方法及び装置を使用して算出することができる。
【００５５】
例−位置検出アルゴリズム
この節では、タッチイベントを、上に開示し、かつ説明した実施形態群のうちの１つ以上の実施形態において算出するために利用することができる位置検出アルゴリズムについて説明する。この節では、位置検出アルゴリズムについて、当該アルゴリズムを、タッチセンシティブディスプレイの動作を管理するプログラムとして実行する際の考察事項と一緒に説明する。
【００５６】
背景として、日常生活では、我々は、ランダムイベントの確率を分析する必要がある場合が多い。例えば、サイコロを投げる、トランプのカードを引く、または測定器の雑音を推定する。これらの場合、物理系を表わすモデル（確率分布）に関する知識を用いて、結果についての予測を行なう。データをモデル化する場合、我々は、全く逆のことを行なおうとする：実験データに関する情報が与えられると、我々は、良好な記述を与えるモデルを見付け出そうとする。このモデルに辿り着くための手段は、次式で表わされるベイズの定理（Ｂａｙｓ’  ｔｈｅｏｒｅｍ）を参考にして見付け出すことができる：
【数１】
0005909193.tif 000002
【００５７】
モデルを実験データが与えられる場合に見付け出すという現在の問題に適用すると、ベイズの定理は次式で表わされる：
【数２】
0005909193.tif 000003
【００５８】
確率Ｐ（ｍｏｄｅｌ）はｐｒｉｏｒ（プライヤ）と表記される；当該確率Ｐ（ｍｏｄｅｌ）は、何れのモデルが成り立ちそうであるかということに関する仮定が行われない場合に定数であると見なすことができる。分母は、単なる正規化定数であり、この正規化定数によって確実に、全てのモデルの確率の合計が１に等しくなる。従って、次式が得られる：
【数３】
0005909193.tif 000004
【００５９】
上式は、サポートデータが、当該特定モデルが与えられるときに当該データが観測される確率に比例するとした場合のモデルが成立する確率を意味している。この結果は、本明細書において説明されるパラメータフィッティング法の基本的な考え方である。
【００６０】
物理的設定から、ｉ＝１，．．．，Ｎとしたときに、
0005909193.tif 000005
【００６１】
と表記されるＮ個のデータ値（検出器１１６が測定する信号群）が得られ、これらのデータ値を、ｊ＝１，．．．，Ｍとしたときのａｊが未知のパラメータであるモデルｆｉ（ａｉ，．．．，ａＭ）にフィッティングしようとする。このモデルは、ランダムプロセスの性質についての或る物理的考察を用いて普通に設定される関数である。
【００６２】
各データ値での実験誤差が、標準偏差σｉで正規分布する場合、当該モデルによって値ｆｉが予測されるとすると、データ集合
0005909193.tif 000006
【００６３】
が実験的に測定される確率は、次式により与えられる：
【数４】
0005909193.tif 000007
【００６４】
ベイズの定理についての我々による議論を通して、方程式（４）も、観測データが与えられる場合に当該モデルが成立する確率であることを認識することができる。従って、最も確率の高いモデルは、方程式（４）を最大にするモデルである、または等価的に、方程式（４）の対数の負値を最小にするモデルである：
【数５】
0005909193.tif 000008
【００６５】
Ｎ及びΔｆは定数であるので、最も確率の高いモデルは、次式で表わされる量を最小にすることと等価である：
【数６】
0005909193.tif 000009
【００６６】
従って、この問題は、（一般的に）非線形関数の最小値をＭ次元パラメータ空間で求めることに帰結される。χ２を最小にするａｉ，．．．，ａＭの値は、「最良一致パラメータ群、または最大尤度推定値群」と表記される。
【００６７】
上に概要を説明した最小二乗法では、モデルについての仮定を行ない、そして当該モデルと当該データとの間の最良一致を生じるパラメータ群を選択する。しかしながら、実際には、当該モデルがランダムプロセスを良好に表わしていることが保証されない。当該モデルが十分であるかどうかを判断するための「適合度（ｇｏｏｄｎｅｓｓ−ｏｆ−ｆｉｔ）」基準が必要になる。
【００６８】
この基準は、以下の結果により与えられる：モデルが、当該モデルのパラメータ群に関して線形である場合、量χ２は、最小化されると、ν＝Ｎ−Ｍで表わされる自由度のカイ二乗分布に従う。従って、「真の」モデルがχ２と同じ大きさのカイ二乗値を有する確率Ｑは、次式により与えられる：
【数７】
0005909193.tif 000010
【００６９】
上式では、Ｐ（χ２｜ν）は不完全ガンマ関数：
【数８】
0005909193.tif 000011
【００７０】
であり、上式では、次式のような関係がある：
【数９】
0005909193.tif 000012
【００７１】
不完全ガンマ関数は、ほとんどの数値演算ソフトウェアから呼び出すことができる；Ｍａｔｌａｂ（商標）では、当該不完全ガンマ関数は、コマンド「ｇａｍｍａｉｎｃ」によって呼び出される。Ｑが１に近い場合、当該モデルは当該データに強くフィットする。これとは異なり、Ｑが非常に小さい場合、一致度は良好な一致度ではない。実際、Ｑは、モデルが拒否される前には、１０−３という非常に小さい値となり得る。
【００７２】
カイ二乗分布は厳密には、線形モデルにしか当てはまらないが、カイ二乗分布は、モデルがモデルパラメータ群に関して非線形である場合でも良好な近似となる。
【００７３】
モデルｆｉ（ａｉ，．．．，ａＭ）が、パラメータａｊに対して非線形に依存すると仮定する。この理由により、カイ二乗の最小値を繰り返し求める必要がある。或る初期推定から始めて、パラメータ群を変更してχ２の値を小さくする。当該手順をχ２が減少しなくなるまで繰り返す。
【００７４】
χ２が最小値に近いか、または最小値から離れているかによって異なるが、２つの領域について考察する必要がある。最小値から離れると、χ２の１次微分が大きくなるので、カイ二乗は、勾配を段階的に小さくすることにより小さくすることができる。ａ（ｎ）と表記される段階ｎにおけるパラメータ群の値から始めると、段階（ｎ＋１）における値は、次式により与えられる：
【数１０】
0005909193.tif 000013
【００７５】
この方程式に現われる定数は、最小値を、通り過ぎてしまうことにより見失うことがないように十分小さくする必要がある。
【００７６】
最小値の近傍では、χ２の勾配は小さく、そしてその結果、最小値ａｍｉｎの近傍の二次局所的拡大率（ｑｕａｄｒａｔｉｃ  ｌｏｃａｌ  ｅｘｐａｎｓｉｏｎ）が次式のように成り立つ：
【数１１】
0005909193.tif 000014
【００７７】
ａｋで微分すると、次式が得られる：
【数１２】
0005909193.tif 000015
【００７８】
次のような関係式を導入する：
【数１３】
0005909193.tif 000016
【００７９】
及び
【数１４】
0005909193.tif 000017
【００８０】
次に、方程式（１２）は次式のように表現することができる：
【数１５】
0005909193.tif 000018
【００８１】
または
【数１６】
0005909193.tif 000019
【００８２】
従って、段階ｎにおける値ａ（ｎ）から始めると、段階（ｎ＋１）における最小値の近似は、次式により与えられる：
【数１７】
0005909193.tif 000020
【００８３】
行列要素βｋ及びαｋｌの計算に注力する。定義方程式（６）から、次式が得られる：
【数１８】
0005909193.tif 000021
【００８４】
及び
【数１９】
0005909193.tif 000022
【００８５】
ｆｉの２次微分を含む第２項は実際には、第２項が、１次微分を含む項と比べて小さい可能性があり、かつ第２項によって実際に、最小化アルゴリズムが不安定になってしまうので、無視される場合が多い。従って、次の数式を用いて行列要素αｋｌを計算することとする：
【数２０】
0005909193.tif 000023
【００８６】
方程式（１０）及び（１７）は、カイ二乗値が最小値から離れているか、または最小値に近いかどうかによって異なるが、反復法を与える。しかしながら、何れの領域を扱うのか、そして移行をいつ行なうべきかについてどのようにして認識すれば良いのであろうか？巧妙な技法が、Ｌｅｖｅｎｂｅｒｇ−Ｍａｒｑｕａｒｄｔ（レベンバーグ−マーカート）法によって提案されている。この巧妙な技法では更に、定数を求める問題を解いて方程式（１０）に使用する。
【００８７】
λが、１つの反復から次の反復のときに切り替えることができる値を有する定数である場合、行列αを、  行列αから、対角要素に（１＋λ）を乗算することにより得られる行列α’で置換すると仮定する：
【数２１】
0005909193.tif 000024
【数２２】
0005909193.tif 000025
【００８８】
置換が行なわれると、方程式（１７）は次式のようになる：
【数２３】
0005909193.tif 000026
【００８９】
反復数式の方程式（２３）によって確実に、最小値から離れる領域から最小値に近い領域への移行が行なわれる。実際、λが非常に大きい場合、行列α’は基本的に対角行列になるので、方程式（２３）は次式のようになる：
【数２４】
0005909193.tif 000027
【００９０】
上式は、階段関数ｌ／（αｋｋλ）を有する方程式（１０）そのものであり、この階段関数は、λが大きいので小さい。これとは異なり、λが非常に小さい場合、行列α’は行列αに帰結し、そして方程式（２３）は方程式（１７）と同じになる。方程式（２３）は、λの値によって異なる両方の領域を表現するので、方程式（２３）を反復法に使用して、カイ二乗の最小値を求める。
【００９１】
最終的に、一旦、χ２の最小値が求まると、α−１がパラメータ群の共分散行列であることが分かる。具体的には、これらの推定値の標準偏差は、α−１の対角要素により与えられる：
【数２５】
0005909193.tif 000028
【００９２】
以下のアルゴリズムを使用して、カイ二乗を最小化することにより、最良一致パラメータ群を求める。
【００９３】
１. パラメータａｉ，．．．，ａＭに関する或る初期推定から始める。
【００９４】
２．χ２（ａｉ，．．．，ａＭ）を計算する。
【００９５】
３．λを小さく選択する、すなわちλ＝０．００１とする。
【００９６】
４．行列α’及びβを作成し、そして次の推定値ａ（ｎ＋１）を、方程式（２３）を用いて計算する。
【００９７】
５．χ２ａ（ｎ＋１）≧χ２（ａ（ｎ））が成り立つ場合、λを１０だけ小さくし、そしてステップ４に戻る。（別の表現をすると、最小値からずっと離れ、そして段の高さが低い段を採用しながら勾配に従う必要がある）
６．χ２ａ（ｎ＋１）＜χ２（ａ（ｎ））が成り立つ（すなわち、最小値に近付いている）場合、λを１０だけ小さくし、そして解を更新する：ａ（ｎ）→ａ（ｎ＋１）。ステップ４に戻る。
【００９８】
７．χ２が０．００１未満の値だけ変化するときに停止する。
【００９９】
一旦、最良一致パラメータ群が求まると、方程式（７）で与えられる確率Ｑを計算して、当該一致が良好な一致であることを確認することが必ず良好な考え方となる。
【０１００】
次に、上に説明したパラメータフィッティング法を用いて、上に説明したタッチセンシティブディスプレイの１つ以上の実施形態におけるタッチイベントの位置を特定する方法について説明する。過度に簡易化され、かつアルゴリズムの作用を表わすモデルについて説明することから始めることとし、そしてこの技術が、より簡単な代数学数式よりも良好に作用することを立証する。次に、更に実用的なモデルについて説明することとする。
【０１０１】
上に説明した概要機構を適用するために、当該データに対応するモデルを指定する必要がある。これは、考慮対象の物理系に関する考察が関与してくる事例である。種々の微調整を当該モデルに施して、事実を所望の精度で記述することができる。この節では、最も簡単なモデルを実現可能にすることから始めることとし、このモデルでは、検出器に到達する光の振幅は、タッチイベントまでの距離に反比例して変化する。このモデルは、表面に触れる指によって散乱して平板導波路に入射する光の振幅は、１／ｒに従って小さくなる。しかしながら、この表現は、信号強度が既知であり、かつ一定であり、光はガラスを通って伝搬するときに減衰しないという仮定であるので、極めて簡易化されており、そして検出器の応答の角度依存性を無視している。しかしながら、このモデルによって、良好な開始ポイントがアルゴリズムに適するようになる。
【０１０２】
従って、この節では、検出器ｉの応答は次式により与えられる：
【数２６】
0005909193.tif 000029
【０１０３】
上式では、タッチイベントと検出器との間の距離は次式のようになる：
【数２７】
0005909193.tif 000030
【０１０４】
この場合、ｘ及びｙは、タッチイベントの未知の座標値であり、そしてｘｉ及びｙｉは、各検出器の既知の位置である。
【０１０５】
未知のパラメータｘ及びｙのカイ二乗関数は、次式により与えられる：
【数２８】
0005909193.tif 000031
【０１０６】
上式では、
0005909193.tif 000032
【０１０７】
は、Ｎ個の検出器の各検出器からの測定信号である。
【０１０８】
カイ二乗を最小化するために必要な行列α及びβを作成するために、ｆｉの微分を計算する必要がある：
【数２９】
0005909193.tif 000033
【数３０】
0005909193.tif 000034
【０１０９】
これらの行列要素は、方程式（１８）及び（２０）から得られる。これらの行列要素を具体的、かつ明示的に表現して、分かり易くする：
【数３１】
0005909193.tif 000035
【数３２】
0005909193.tif 000036
【０１１０】
上式から、以下の行列を作成する：
【数３３】
0005909193.tif 000037
【０１１１】
同様にして、以下の行列を作成する：
【数３４】
0005909193.tif 000038
【数３５】
0005909193.tif 000039
【数３６】
0005909193.tif 000040
【数３７】
0005909193.tif 000041
【０１１２】
これらの行列を使用して以下の行列を形成する：
【数３８】
0005909193.tif 000042
【０１１３】
及び
【数３９】
0005909193.tif 000043
【０１１４】
次に、未知のパラメータ群を含むベクトルａ＝［ｘ，ｙ］’が、節２．５で詳述した手順に従って繰り返し取得される。
【０１１５】
一旦、解が得られると、位置に関する誤差は、標準偏差により与えられる：
【数４０】
0005909193.tif 000044
【数４１】
0005909193.tif 000045
【０１１６】
カイ二乗最小化アルゴリズムの過程は、図１及び２に示されている。本明細書において使用される例は、縦横比が２：１であり、かつ４個の検出器が座標（ｘｉ，ｙｉ）＝（±１，±０．５）で表わされる隅角部に位置する構成の矩形ディスプレイの場合である。合成データを生成して、位置（ｘ０，ｙ０）におけるタッチを以下の数式を用いて模擬した：
【数４２】
0005909193.tif 000046
【０１１７】
カイ二乗最小化プロセスは、原点（ｘ，ｙ）＝（０，０）を初期推定値として用いて行なった。モデル化から、χ２（ｘ，ｙ）のプロット、及び軌跡に、当該アルゴリズムが追従していることが判明した。（ｘ０，ｙ０）に位置する最小値は、ほんの数回反復した後に求めることができた。
【０１１８】
一般的に、タッチイベントの位置を、検出器のデータで表わす代数式を見付け出すことはできない。しかしながら、簡易な１／ｒモデルの場合、代数式は存在する。この事例において、統計的手法を代数学数式と比較する過程を検証することは興味深いことである。
【０１１９】
代数学数式は、１／ｆｉ２を表わす表現式を具体的に表現することにより得られる：
【数４３】
0005909193.tif 000047
【０１２０】
一対の検出器１及び２を取り上げ、そして量１／ｆ１２−１／ｆ２２を計算すると、次式のようになる：
【数４４】
0005909193.tif 000048
【０１２１】
これらの検出器を、ｘ２＝−ｘ１かつｙ２＝ｙ１が成り立つように配置する場合、ｘ座標値は次式のように取り出すことができる：
【数４５】
0005909193.tif 000049
【０１２２】
同様にして、ｙ座標値は、ｘ２＝ｘ１かつｙ２＝−ｙ１に配置される２つの異なる検出器を取り上げることにより取り出すことができる。従って、幅ｗｘ及び高さｗｙの矩形の隅角部に対称に配置される４個の検出器を使用して、座標値を次の数式を用いて抽出することができる：
【数４６】
0005909193.tif 000050
【数４７】
0005909193.tif 000051
【０１２３】
代数解が、更に複雑なモデルに関して必ずしも存在しないということを無視することにする。検出器雑音がない状態では、代数式から位置が、高精度に、かつ殆ど演算を行なうことなく得られる。この場合、統計的手法を用いる必要がない。しかしながら、検出器雑音がある状態では、何れの方法がより正確であるかが明確ではなくなる。数値実験を実施して、当該疑問に答えている。検出器を４つの隅角部（±１，±０．５）の各隅角部に配置した構成の矩形ディスプレイを前提とした。合成データを所定のタッチ位置（ｘ０，ｙ０）に対応して生成し、そしてガウス雑音を各検出器の値に加算した。次に、タッチイベントの位置を、カイ二乗統計最小化アルゴリズム及び代数式の両方を用いて抽出した。この手順を１００回繰り返して、重要な統計量を取得した。次に、両方の方法から取得されるｘ座標値及びy座標値の標準偏差を計算し、そして比較した。次に、手順全体を、タッチ位置（ｘ０，ｙ０）の異なる値に対応して繰り返した。
【０１２４】
この例では、合成データに加算される雑音は、標準偏差σｉ＝０．０５のガウス雑音であった。高精度の分析から得られる結果を、代数法及び統計法により取得される抽出座標値の不確定性σｘ及びσｙと比較する。（統計法の場合、標準偏差は、２つの方法：分析方程式（４０〜４１）、及び多くの統計的関係式から取得した）。
【０１２５】
実験から、統計法が、代数式よりも正確であったと判断された。多数の関係式から取得される標準偏差は、理論的に推測される関係式に等しく、これにより、重要な理論に対する信頼度が増した。
【０１２６】
代数学的手法の精度が低いのは、数式に、実験データの逆数の二乗ｆｉ−２を用いていることによる。この理由としては、情報の殆どを含んでいると予測される高強度信号の寄与度が小さくなっている。これとは異なり、雑音の影響を最も大きく受ける低強度信号の寄与度が大きくなっている。これにより、代数学的に決定される位置に関する誤差が何故、当該位置が統計学的に取得される場合よりも大きいのかという説明がつく。
【０１２７】
上に説明した蛍光法の使用を取り入れた実験グループでは、光検出器に到達する信号は基本的に、前の節で説明した１／ｒモデルに従う。しかしながら、多数の重要な改善を取り入れる必要がある。
【０１２８】
まず、光が伝搬するときに光が、ガラスの内部の全内部反射によって減衰することを考慮に入れる必要があることが判明した。従って、係数ｅｘｐ（−αｒ）をモデルに取り入れた。１．１ｍｍ厚さのゴリラガラス（Ｇｏｒｉｌｌａ  ｇｌａｓｓ）シートでは、減衰係数の値がα≒７ｍ−１であると推定した。
【０１２９】
次に、光検出器の応答が、法線方向から６０°を超える角度で、急激に低下したことが判明した。これは、ベゼルの設計に起因するものであったが、このベゼルに、ガラスの表面に、端面全体に沿って接触するＯリングを取り入れることにより、迷光が検出器群に衝突するのを防止した。Ｏリングによって無視できるほどの僅かな損失しか法線方向に生じなかったが、Ｏリングによって大きな減衰が、ベゼルに大きい角度で入射する光に生じた。検出器の角度依存性は、ｍを偶数とした場合に数式ｅｘｐ［−（θ／θｍａｘ）ｍ］で表わされるスーパーガウシアン伝達関数により考慮に入れることができた。値θｍａｘ≒８５°及び値ｍ＝６が、測定された応答分布とのかなり良い一致を実現することが判明した。
【０１３０】
最後に、散乱光の量は未知であり、かつ時間と共に変化する。従って、モデルに、時間ステップごとに変化することができる未知の総合比例定数を取り入れる必要がある。
【０１３１】
更に、検出器群の感度は、検出器ごとに僅かに変わり得る。従って、各検出器の応答に、既知の校正係数を乗算する必要があり、この校正係数の値は、１度測定しておく必要があり、そしてその時点以降、一定のままであると仮定される。
【０１３２】
全てのこれらの寄与因子を総合的に考慮すると、これらの光検出器の応答は次式のように表わすことができる：
【数４８】
0005909193.tif 000052
【０１３３】
上式では、次のような関係がある：
【数４９】
0005909193.tif 000053
【数５０】
0005909193.tif 000054
【０１３４】
そして、Ｈｉは、校正定数を指す。このモデルは、３つの未知パラメータ：位置（ｘ，ｙ）及び振幅Ｃを含む。当該応答は、Ｒの項、及びθの項に分離することができるが、そのようにする必要があるという要件はない。距離は、いつもの通り次式により与えられる：
【数５１】
0005909193.tif 000055
【０１３５】
角度は、位置ベクトルと、センサの端面の法線のベクトル積をとることにより得られる：
【数５２】
0005909193.tif 000056
【０１３６】
ベクトル積を計算すると、次式が得られる：
【数５３】
0005909193.tif 000057
【０１３７】
上式では、次のような関係がある：
【数５４】
0005909193.tif 000058
【０１３８】
そして上式では、ｎｉｘ及びｎｉｙは、検出器ｉに関連する法線ベクトルのｘ成分及びｙ成分である。
【０１３９】
カイ二乗最小化アルゴリズムに必要な行列α及びβの計算では、ｆｉを当該ｆｉの変数パラメータ群で微分する必要がある。振幅Ｃで微分すると次式が簡単に得られる：
【数５５】
0005909193.tif 000059
【０１４０】
これらの位置変数でｆｉを微分すると、次式が得られる：
【数５６】
0005909193.tif 000060
【０１４１】
上式では、次のような関係がある：
【数５７】
0005909193.tif 000061
【数５８】
0005909193.tif 000062
【０１４２】
及び
【数５９】
0005909193.tif 000063
【０１４３】
ｙで微分して得られる式は、∂θｉ／∂ｙを除いて同様であり、∂θｉ／∂ｙは、次式のように、符号の違いを含んでいる： 
【数６０】
0005909193.tif 000064
【０１４４】
次に、行列α及びβを方程式（１８）及び（１９）に従って、かつ節３で示した手順に従って形成する。行列αはこの時点で、解く必要のある未知数が３個あるので、３×３行列になっていることに注目されたい。
【０１４５】
上に説明した位置−検出アルゴリズムは、タッチセンサの動作を管理するプログラムの１つの形態に過ぎない。当該プログラムでは、コントローラボードによって生成されるデータを取得し、誤差をチェックし、データ平滑化処理を行ない、ベースラインレベルをモニタリングし、そして更新し、位置−検出アルゴリズムを呼び出し、結果が品質テストに合格するかどうかを判断し、ユーザにより入力されるタッチイベントの履歴を管理し、そしてこれらの結果をスクリーンに表示する。この節では、これらのタスクを更に詳細に説明する。
【０１４６】
我々の検証設定では、フォトダイオードにより生成される電気信号群は、コントローラボードによって処理される。コントローラの多くの機能の中でもとりわけ、このコントローラは変調信号を生成し、この変調信号を使用して赤外線バックライトを駆動する。約１ｋＨｚの変調を行なって、周囲光を除去する必要がある。コントローラボードは、１０個の信号をフォトダイオード群から受信し、これらの信号の各信号を増幅し、そして同期検出を、これらの信号に、変調信号を乗算し、そして多くの期間に亘って積分することにより行なう。次に、当該コントローラボードは、各チャネルを、アナログ−デジタル変換器を使用して不連続な周波数に分割し、そして当該結果を、シリアルポートを介して送信する。これは、我々のＭａｔｌａｂプログラムが入力として受信するデータストリームである。
【０１４７】
当該データをまず、平滑化して雑音を低減する。このステップを行なわない場合、雑音は、僅かな変動が計算位置に生じるような十分な大きさである。データを平滑化するために使用される再帰的時間領域フィルタについて、次の節で説明することとする。
【０１４８】
プログラムを開始すると、信号レベルを短い期間（０．１秒）に亘ってモニタリングして、ベースラインを取得する。このベースラインを当該データから減算し、そして当該結果は、位置−検出アルゴリズムに渡される値である。当該ベースラインは、バックグランドレベルが、特にタッチスクリーンの表面に蓄積する埃及び指紋に起因してドリフトし易いので、頻繁に更新される。当該ベースラインは、当該ベースラインが信号レベルを決して上回ることがないように調整され、そして更に、全ての信号が十分長い期間（通常、０．５秒）に亘って一定のままである場合には必ず調整される。
【０１４９】
位置−検出アルゴリズムは、これらの信号のうちの１つの信号が特定の閾値を上回ると直ぐに、呼び出される。初期推定値を選択する手法は、この手法によってアルゴリズムが収束するかどうかが決まってしまうので繊細な問題である。当該アルゴリズムが初めて呼び出される場合、多くの位置が連続して吟味され、そしてデータに最も強くフィットする結果が保持される。信号振幅に対応する初期推定値は、信号レベル群を使用して推定される。当該アルゴリズムが次に呼び出される場合、前の時間ステップから得られた結果が、次の時間ステップに対応する初期推定値として使用される。
【０１５０】
１つの位置がアルゴリズムによって返された後、当該位置は、多数の品質テストに合格する必要がある。第１に、信号振幅（パラメータＣ）は、特定の閾値を上回る必要がある。これは、タッチイベントの終了を特定するために必要である。第２に、当該位置の不確定性（標準偏差σｘ及びσｙに関連する）は特定の値を下回る必要がある。これにより、適正な信頼度を持つと判定された位置のみが保持される。第３に、１つのデータ値は、当該データ値が前の値から余りにもかけ離れて「飛んでしまっている」場合に拒否される。これにより、信号群が低強度値から増加する、または低強度値に減少する場合に、非物理的な高速移動がタッチイベントの開始時及び終了時に起こり易くなるのを防止する。
【０１５１】
最後に、当該プログラムは、セッションの履歴の追跡を継続する。連続軌跡がこのようにして特定され、そして連続ラインとしてスクリーンに表示される。痕跡「描画」プログラムによって、ユーザ群はスクリーンで、これらのユーザがガラスの表面に描いた物を見ることができる。
【０１５２】
コントローラボードからの信号群は、位置発見アルゴリズムに転送される前に平滑化されて、雑音による僅かな変動が低減されるということを前に述べた。このステップは、時間領域で、再帰線形フィルタ（「無限インパルス応答フィルタ」とも表記される）を使用して行なわれる。この節では、完全性定理の概要を説明する。
【０１５３】
雑音性データストリームがあり、この雑音性データストリームから平滑化されたデータストリームをリアルタイムに、データが入手可能になって直ぐに作成すると仮定する。入手可能な情報は、これまでに入手可能になっている全ての雑音値及び平滑化値の集合である。平滑化データを作成するために使用されるプロセスは、汎用線形フィルタによって次式のように表わされる：
【数６１】
0005909193.tif 000065
【０１５４】
上式では、ｘｎは、元の雑音性データを指し、そしてｙｎは、平滑化データを指している。目標は、所望のフィルタを構成することになる係数ｃｋ及びｄｊの値を求めることである。この時間領域プロセスを、高調波信号を入力として使用して周波数領域で定義されるフィルタに関連付け、この高調波信号によって確実に、出力が所望のフィルタを満たすようになる。高調波信号群は次式で表わされると仮定する：
【数６２】
0005909193.tif 000066
【数６３】
0005909193.tif 000067
【０１５５】
上式では、振幅はｘ０及びｙ０であり、周期は１／ｆである。この場合、Δは、サンプリングレートを指す。方程式（６１）に代入して、係数ｃｋとｄｊとの間の関係を求めることができ、そして所望のフィルタ伝達関数Ｈ（ｆ）が次式のように得られる：
【数６４】
0005909193.tif 000068
【０１５６】
ｚ＝ｅ２πｉｆΔと置くと便利である。従って、当該フィルタは、次のように書き直すことができる：
【数６５】
0005909193.tif 000069
【０１５７】
全てのｄｊ’がゼロの場合、フィルタは、当該フィルタが平滑化データのこれまでの値に依存しないので非再帰的になる。このようなフィルタ群は常に安定である。少なくとも１つのｄｊ’が非ゼロの場合、フィルタは再帰的になる。通常、再帰フィルタ群は、より良好に動作するが、これらのフィルタは不安定になってしまう。安定性の条件は、次式で表わされる固有方程式：
【数６６】
0005909193.tif 000070
【０１５８】
の全ての根が、単位円に含まれる必要がある。
【０１５９】
所望のフィルタ伝達関数を有し、かつ同時に、安定性条件を満たすフィルタを作成する手順の概要を、この記載の後の方で説明する。考え方として、変数群の変化を利用し、この変化によって、フィルタ伝達関数が安定であるかどうかの確認を容易にする。この目的のために、次式を導入する：
【数６７】
0005909193.tif 000071
【０１６０】
変数群をこのように変化させることにより、単位円の内部（安定領域）を複素平面の上半分にマッピングする。従って、ｗに関しては、固有方程式（６６）のゼロ解は、上半平面に含まれて安定性を確実にする必要がある。
【０１６１】
一例として、以下のことについて考察する：簡単な低域通過フィルタを次式で構成する：
【数６８】
0005909193.tif 000072
【０１６２】
上式では、ｂは遮断周波数に関連する。次に、応答の振幅を次式で表わす：
【数６９】
0005909193.tif 000073
【０１６３】
Ｈの極の位置を求めるために、フィルタ伝達関数の分母を簡単に因数分解する：
【数７０】
0005909193.tif 000074
【０１６４】
Ｈの極は±ｉｂに位置するが、この時点で判明しているように、＋ｉｂのみが安定なフィルタに対応する。従って、Ｈ（ｆ）の表現式に含まれる当該因数にのみ留意する：
【数７１】
0005909193.tif 000075
【０１６５】
この表現式が、方程式（６９）で与えられる振幅を満たすことを確認することができる。−ｉの因子を取り入れて、所望の位相応答（すなわち、ｆ＝０でのゼロ位相シフト）が得られた。方程式（６７）を用いて、フィルタ伝達関数をｚのべき乗の項ｚ−１で表わすことができる：
【数７２】
0005909193.tif 000076
【０１６６】
再帰フィルタの一般表現式である方程式（６５）と比較することにより、フィルタ係数を簡単に読み取ることができる：
【数７３】
0005909193.tif 000077
【数７４】
0005909193.tif 000078
【数７５】
0005909193.tif 000079
【０１６７】
この簡易フィルタは、１時間ステップ遡るだけである。
【０１６８】
これまで説明してきたフィルタは、当該フィルタの遮断特性が非常に緩やかであるので、非常に良好なフィルタであるという訳ではない。更に急峻に遮断する特性を持つフィルタは、少しだけより複雑なフィルタ伝達関数を用いることにより得られる：
【数７６】
0005909193.tif 000080
【０１６９】
当該フィルタの振幅応答は次式で表わされる：
【数７７】
0005909193.tif 000081
【０１７０】
この時点で、４つの極がｅｉπ／４ｂ，ｅ３ｉπ／４ｂ，ｅ５ｉπ／４ｂ，及びｅ７ｉπ／４ｂに位置している。最初の２つに極だけが、上半平面に位置し、そして安定性条件を満たすので、これらの極のみが、次式が成り立つための因子である：
【数７８】
0005909193.tif 000082
【０１７１】
上式では、φは、位相因子であり、この位相因子は後で、πとして求めることができる。ｚを代入して、フィルタを方程式（６５）の標準形に書き直すことができる。相当に面倒な代数計算を行なった後、再帰係数を次式により表わすことができることが分かった：
【数７９】
0005909193.tif 000083
【数８０】
0005909193.tif 000084
【数８１】
0005909193.tif 000085
【数８２】
0005909193.tif 000086
【数８３】
0005909193.tif 000087
【０１７２】
このフィルタは、２時間ステップ遡るだけである。当該フィルタは、更に急峻に遮断する特性を有するので、このフィルタは、ＬｉｇｈｔＴｏｕｃｈプロトタイプに搭載されるフィルタである。遮断パラメータｂ＝０．３を用いると、十分な雑音低減を行なうことができることが分かった。
【０１７３】
例−符号変調の実施
上に説明したように、ドライバ回路１４４は、光源群１１０のうちの１つ以上の光源を変調して、これらの光源からのそれぞれの光が、公知のウォルシュ符号に類似する直交符号のような符号または符号群を含むようにする。説明を進めるために、この節では、符号変調を行なって、光源群１１０からの４つの同時の光源エネルギーの相互干渉を除去するために適する変調／復調回路について説明する。
【０１７４】
図９を参照するに、回路のブロック図が図示され、この回路は、前述の符号変調／復調を行なうために適している。特に、同じ全体回路接続形態を用いて、上に説明した変調方式群（周波数変調を含む）のうちの何れかの変調方式を実行することができるが、異なる変調方式を実行するために幾つかのファームウェア変更、及びソフトウェア変更を行なうことができる。
【０１７５】
簡潔性のために、単一の受信機チャネルに、ＬＥＤ光源１１０を１つだけ設けた構成を示しているが、複数の光源１１０を用いることができることに留意されたい。当該回路は、位相感応型検出、及び特定の擬似ランダム符号の両方に対応して用いることができる。位相感応型検出モードでは、マイクロプロセッサ１４２は、双極性（＋／−１）方形波バーストをドライバ回路１４４に至るライン１４２Ａに発生させる。方形波周波数は、或る程度任意であるが、当該方形波周波数は、プリアンプ１５０の１／ｆ雑音よりも十分高く、かつ殆どの低コスト、低雑音オペアンプの利得帯域幅上限に収まるように十分低くする必要がある。更に、方形波バーストの周波数は、６０Ｈｚの２のべき乗倍の高調波成分周波数にならないようにする必要がある。約１ｋＨｚの周波数が良好に機能する。方形波バーストのサイクル数は、多くの要素に依存するが、５０Ｈｚレートで測定を行なってマイクロソフトウィンドウズ（登録商標）（Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ’ｓ  Ｗｉｎｄｏｗｓ（登録商標））７仕様に適合するためには、１符号列が終了する２０サイクル（２０ｍｓに対応する）が良好に機能する。光源１１０は、同じ方形波バースト波形によって駆動される；しかしながら、これらの光源１１０は、方形波の正の半サイクル期間においてのみ切り替わって点灯する。
【０１７６】
タッチ信号が光源１１０の出力と同期すると、方形波フォト電流が光検出素子１１６（フォトダイオードのような）を流れるようになる。このフォト電流は電圧に、インピーダンス変換プリアンプ１５０によって変換される。
【０１７７】
ライン１５２に出力されるプリアンプ信号電圧に、双極性符号を乗算器ブロック１６０において乗算することにより、このような信号（ライン１５２）と符号の積をライン１５４上に生成する。一旦、符号バーストが完了すると、マイクロプロセッサ１４２は、アナログ−デジタル変換器１８０に指示して、積分器１７０の出力をサンプリング及びデジタル化させ、続いて、指示を出して、積分器１７０を、ダンプスイッチを閉じることによりリセットする。乗算器ブロック１６０の値は、バックグランド信号が一定の場合に、双極性符号を乗算した後、当該値が、ライン１５６上の双極性出力信号に達し、そして双極性バックグランド信号の積分値が厳密にゼロになるように選択される。これにより、バックグランド光を抑えながら同期検出が行なわれる。バックグランド抑制よりも多くの利点が得られる。同期検出は、方形波周波数を中心とした狭帯域フィルタのように作用し、この狭帯域フィルタは、Ｔを方形波バーストの長さ、または積分時間とした場合に、１／Ｔに略等しい通過帯域幅を持つ。積分時間を長くすると、検出帯域が狭くなり、そして当該帯域が狭くなるとともに、雑音が小さくなる。
【０１７８】
光検出素子群１１６の全ての光検出素子からのデジタル化信号群（ライン１５６）は、マイクロプロセッサ１４２によって収集され、このマイクロプロセッサ１４２が次に、タッチ位置を、上に詳細に説明したアルゴリズムを用いて算出する。
【０１７９】
双極性方形波バースト信号を符号として使用する方法の別の方法として、他の注目すべき選択がある。他の光源からではなく、幾つかの光源１１０からの光を検出する光受信機を実現するために、ウォルシュ符号を、すなわち或るクラスの擬似雑音符号（これらの雑音符号は、ＣＤＭＡ携帯電話ネットワークにおいて使用される）を用いることができる。ウォルシュ符号は、２のべき乗の長さを持つように容易に作成される。２０ビット符号列のような他の長さの場合、公知のアダマール行列の行を用いる。２０次のアダマール行列を以下に示す。
【０１８０】
0005909193.tif 000088
【０１８１】
＋符号及び−符号の各符号は、２値符号列の＋１及び−１の値を表わす。これらの符号がバランスすることに注目されたい。すなわち、１の個数と−１の個数が等しく、各行の和がゼロになる。従って、一定のバックグランドを積分すると、前述の方形波符号と丁度同じように、ゼロになる。これらのアダマール符号列の重要な特性は、これらの符号列が直交していることである。従って、２つの異なる符号を項ごとに乗算し、そして得られる結果の和を求めると、ゼロの結果が得られる。当該特性によって、受信機が、異なるアダマール符号で変調される信号群に対する感度が低い１つのアダマール符号を用いて動作するようになるというのが、この特性である。
【０１８２】
図９のブロック図を参照するに、第１行のアダマール符号で変調される第２光源１１０を追加するとともに、乗算器１６０を第２行の符号を用いて動作させる場合、積分器１７０の出力は、当該回路が、上に説明したものと同じ演算を行なうのでゼロになる。
【０１８３】
本明細書における実施形態について、特定の態様及び特徴を参照しながら説明してきたが、これらの実施形態は、所望の原理及び応用形態の単なる例示に過ぎないことを理解されたい。従って、多数の変更をこれらの例示的な実施形態に加えることができ、かつ他の構成を、添付の請求項の思想及び範囲から逸脱しない範囲で考案することができることを理解されたい。
【符号の説明】
【０１８４】
１００    タッチ感応ディスプレイ
１００Ａ、１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃ、１００Ｄ    タッチセンシティブディスプレイ
１０２    ディスプレイ層
１０４    タッチスクリーン層、タッチガラス、スクリーン
１０５    弾性タッチ層
１０６    表面
１１０、１１０Ａ、１１０Ｂ、１１０Ｃ、１１０Ｄ、２１０    光源、ＬＥＤ光源
１１２    導波モード、入射光、光
１１４    散乱光エネルギー、散乱光
１１６、１１６Ａ、１１６Ｂ、１１６Ｃ、１１６Ｄ    光検出素子
１２０Ａ，１２０Ｂ    光抑制機構、低反射率顔料
１２２    第１光線
１２４    第２光線
１２６    フィルタ
１２６Ａ    第１フィルタ
１２６Ｂ    第２フィルタ
１２８Ａ    青色光波長
１２８Ｂ    緑色光波長
１２８Ｃ    赤色光波長
１２８Ｄ    赤外線波長
１２９Ａ、１２９Ｂ、１２９Ｃ、１２９Ｄ    フィルタ特性
１３０、１３０Ａ、１３０Ｂ、１３０Ｃ、１３０Ｄ    端面
１３４Ａ    破線
１４０    制御回路
１４２    マイクロプロセッサ
１４２Ａ、１５２、１５４、１５６    ライン
１４４    ドライバ回路
１４６    インターフェース回路
１５０    プリアンプ
１６０    乗算器ブロック、乗算器
１７０    積分器
１８０    アナログ−デジタル変換器
２００    能動スタイラス
２０２    ハウジング
２０４    ボール
２０６    バッテリ
２０８    バネリング
２１２    導電性接点板
【図１】
0005909193.tif 000089
【図２Ａ】
0005909193.tif 000090
【図２Ｂ】
0005909193.tif 000091
【図３】
0005909193.tif 000092
【図４】
0005909193.tif 000093
【図５】
0005909193.tif 000094
【図６】
0005909193.tif 000095
【図７】
0005909193.tif 000096
【図８】
0005909193.tif 000097
【図９】
0005909193.tif 000098