(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハウジングと、
前記ハウジングにマウントされたディスプレイと、
前記ディスプレイの共通縁に沿って前記ハウジングにマウントされた第１の複数のレンズと、
前記ハウジングにマウントされ、前記第１の複数のレンズから離間されかつ前記第１の複数のレンズを通して前記ディスプレイ上に光パルスを送光する複数の広い光パルス放射器と、
前記ハウジングにマウントされ、かつ前記第１の複数のレンズに対してシフト整列されるように配列される第２の複数のレンズであって、前記第１の複数のレンズのＮ個の隣接するものを介して送光される広い光パルスが重畳して、前記第２の複数のレンズの共通のシフト整列された１つに入射するようになっており、Ｎが少なくとも２つである第２の複数のレンズと、
前記ハウジングにマウントされ、前記第２の複数のレンズから離間されかつ前記第２の複数のレンズを通して送光される前記広い光パルスを受光する複数の光パルス受光器であって、受光する前記広い光パルスの部分に従って受光された光の強度を出力する光パルス受光器と、
前記ハウジングにマウントされかつ前記光パルス受光器に接続されている計算ユニットであって、前記第１の複数のレンズの少なくとも２個の隣接するものを介して送光される重畳する広い光パルスが、前記第２の複数のレンズの内の前記共通のシフト整列された１つに入射するのを部分的に遮る前記ディスプレイ上のポインタの位置の計算を、前記重畳する広い光パルスのそれぞれに対応して座標値を指定し、該指定された座標値の重み付けされた平均値を計算することによって、行なう計算ユニットと、
を備え、前記平均値における各座標値の重み付けは対応する光パルスの阻止の度合いに対応している、タッチスクリーン。
【請求項２】
タッチスクリーン上のタッチ座標値を決定する方法において、
（ｉ）ディスプレイ、（ii）該ディスプレイの共通縁に沿った第１の複数のレンズ、（iii）前記第１の複数のレンズを通して広い光パルスをディスプレイに放射する複数の光パルス放射器、及び（iv）前記共通縁の反対側に、前記第１の複数のレンズに対してシフト整列されるように配列された第２の複数のレンズであって、前記第１の複数のレンズのＮ個の隣接し合うものを介して送光される広い光パルスが重畳して、前記第２の複数のレンズの共通のシフト整列された１つに入射するようになっており、Ｎが少なくとも２つである前記第２の複数のレンズ、及び（ｖ）前記第２の複数のレンズを介して送光された前記広い光パルスを受光し、受光する前記広い光パルスの部分に従って受光された光の強度を出力する光パルス受光器、を準備する段階であって、前記ディスプレイ上のポインタが、前記第１の複数のレンズの少なくとも２個の隣接するものを介して送光された重畳する広い光パルスが、前記第２の複数のレンズの前記共通のシフト整列された１つに入射するのを、部分的に阻止する、準備する段階と、
前記重畳する広い光パルスのそれぞれを第１のスクリーン軸に沿ったスクリーン座標値に関連付ける段階と、
前記関連付けられたスクリーン座標値の重み付けされた平均値を計算することによりタッチ座標値を計算する段階であって、前記平均値におけるそれぞれの座標値の重み付けが対応する光パルスの阻止の度合いに対応している、前記計算する段階と、
を備えた方法。
【請求項３】
２つの同時タッチに応答してタッチスクリーンシステムでｘ座標値及びｙ座標値を対にする方法において、
（ｉ）ディスプレイ、（ii）ディスプレイの共通縁に沿った第１の複数のレンズ、（iii）前記第１の複数のレンズを通して広い光パルスをディスプレイに放射する複数の光パルス放射器、（iv）前記共通縁の反対側に、前記第１の複数のレンズに対してシフト整列されるように配列された第２の複数のレンズであって、前記第１の複数のレンズのＮ個の隣接し合うものを介して送光される広い光パルスが重畳して、前記第２の複数のレンズの共通のシフト整列された１つに入射するようになっており、Ｎが少なくとも２つである前記第２の複数のレンズ、及び（ｖ）前記第２の複数のレンズを介して前記広い光パルスを受光し、受光する前記広い光パルスの部分に従って受光された光の強度を出力する複数の光パルス受光器と、を準備する段階であって、前記ディスプレイに接触する２つポインタのそれぞれが、前記第１の複数のレンズの少なくとも２の隣接するものを介して送光される重畳する広い光パルスの内の各ポインタに対応する対の光パルスが、前記第２の複数のレンズの前記共通のシフト整列された１つに入射するのを、部分的に阻止するようになっており、前記対の内の一方が他方の対よりも大きく阻止される、準備する段階と、
前記対のそれぞれにそれぞれｘ座標値を指定する段階と、
前記２つのポインタに対して２つのｙ座標値を決定する段階であって、その内の一方が他方のものより第２の複数のレンズにより近くなっている段階と、
該より近い方のｙ座標値と前記大きく阻止される対に指定された前記ｘ座標値とを対にする段階と、
を備えた方法。
【請求項４】
タッチスクリーンシステムで時計方向ジェスチャーを反時計方向ジェスチャーから区別する方法において、
（ｉ）ディスプレイ、（ii）該ディスプレイの共通縁に沿った第１の複数のレンズ、（iii）第１の複数のレンズを通して広い光パルスをディスプレイに放射する複数の光パルス放射器、（iv）前記共通縁の反対側に、前記第１の複数のレンズに対してシフト整列されるように配列された第２の複数のレンズであって、前記第１の複数のレンズのＮ個の隣接し合うものを介して送光される広い光パルスが重畳して、前記第２の複数のレンズの共通のシフト整列された１つに入射するようになっており、Ｎが少なくとも２つである前記第２の複数のレンズ、（ｖ）前記第２の複数のレンズを介して前記広い光パルスを受光し、受光する前記広い光パルスの部分に従って受光された光の強度を出力する複数の光パルス受光器を準備する段階と、
ｙ軸に沿った互いに反対方向の２つの一連のｙ座標検出値の移動及び２つの一連のｘ座標検出値を得るために、回転ジェスチャーを遂行する２つのポインタの一連のタッチ検出を時間にわたって遂行する段階であって、前記第１の複数のレンズの少なくとも２つの隣接するものを介して送光されて前記第２の複数のレンズの前記共通のシフト整列された１つに入射する重畳する広い光パルス対の阻止にかかる増大していく度合を、一連の前記ｘ座標検出値が、含んでいる段階と、
前記阻止の度合いが増大していく前記一連のｘ座標値と、前記第２の複数のレンズに向かって移動する前記一連のｙ座標値とを対にすることを含む、ジェスチャーが時計方向か反時計方向であるかを区別する段階と、
を備えた方法。
【請求項５】
前記光パルス放射器と前記光パルス受光器が対向する行に配列されており、前記光パルス放射器が前記光パルス受光器に対してシフト整列されている請求項１に記載のタッチスクリーン。
【請求項６】
前記第１及び第２の複数のレンズが前記ディスプレイを取り囲むプラスチックフレームを含む請求項１に記載のタッチスクリーン。
【請求項７】
前記光パルス放射器によって放射された各広い光パルスが、該光パルスの幅にわたって変化する強度を有する光強度分布を含み、さらに座標値の重み付けが該光強度分布に基づいて決定される請求項１に記載のタッチスクリーン。
【請求項８】
前記計算ユニットが、時間にわたって前記複数の重み付けされた平均値を計算し、かつ時間的にフィルタリングすることにより前記位置を計算する請求項１のタッチスクリーン。
【請求項９】
前記時間的フィルタリングが、前記ポインタの速度、スキャニング周波数、前記ポインタが直線に沿って移動しているかどうか、及びポインタのサイズの内の少なくとも１つに依存している請求項８に記載のタッチスクリーン。
【請求項１０】
前記光パルス放射器によって放射される各広い光パルスが、該光パルスの幅にわたって変化する強度を有する光強度分布を含み、前記座標値の重み付けがさらに該光強度分布に基づいて決定される、請求項２に記載の方法。
【請求項１１】
前記タッチ座標値を計算する段階が、時間にわたって前記複数の重み付けされた平均値を計算し、かつ時間的にフィルタリングすることにより前記タッチ座標値を計算する段階を含む請求項２に記載の方法。
【請求項１２】
前記時間的なフィルタリングが、前記ポインタの速度、スキャニング速度、前記ポインタが直線に沿って移動しているかどうか、及びポインタのサイズの内の少なくとも１つに依存している請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
さらに、前記第２の複数のレンズから遠い前記ｙ座標値と、比較的阻止されていない対に指定された前記ｘ座標値とを対にする段階を含む請求項３に記載の方法。
【請求項１４】
前記第１の複数のレンズを介して送光されたそれぞれの広い光パルスが、前記第２の複数のレンズのＭ個のそれぞれ隣り合うものに入射し、この場合Ｍが少なくとも２であり、かつ
前記２つのタッチのそれぞれが、前記広い光パルスのそれぞれが、前記第２の複数のレンズの２つのそれぞれの隣り合うものに入射することを部分的に阻止し、前記部分的に阻止された光パルスの一方が他方のものよりも大きな度合いで阻止される、請求項３に記載の方法であって、
該方法が、前記部分的に阻止される光パルスのそれぞれに、それぞれのｘ座標値を指定する段階と、
前記第２の複数のレンズから遠い方の前記ｙ座標値と前記大きな度合で阻止される広い光パルスに指定された前記ｘ座標値とを対にする段階とを備える、方法。
【請求項１５】
さらに、前記第２の複数のレンズにより近い方のｙ座標値と小さな度合で阻止される広い光パルスに指定された前記ｘ座標値とを対にする段階を含む請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記第１の複数のレンズを介して送光されたそれぞれの広い光パルスが、前記第２の複数のレンズのＭ個のそれぞれの隣り合うものに入射し、Ｍが少なくとも２であり、前記ジェスチャーの間、前記２つのポインタのそれぞれが、個々の広い光パルスのそれぞれ一連のものが、前記第２の複数のレンズの２つの対応する隣り合うものに入射することを部分的に阻止し、前記個々の光パルスのいくつかのものが他のものよりも大きな度合いで部分的に阻止され、
前記１つの一連のｘ座標検出値が、さらに前記第２の複数のレンズの隣り合うものに入射する前記個々の光パルスの一連の減少していく阻止の度合いを含み、
前記方法が、前記第２の複数のレンズに向かって移動する前記一連のｙ座標値と、それぞれの光ビームの阻止の度合いが減少していく前記一連のｘ座標値とを対にすること含む、ジェスチャーが時計方向か反時計方向であるかを更に区別する段階を備える、請求項４記載の方法。
【請求項１７】
ハウジングと、
前記ハウジングにマウントされたディスプレイと、
前記ディスプレイの共通縁に沿って前記ハウジングにマウントされた第１の複数のレンズと、
前記ハウジングにマウントされ、前記第１の複数のレンズから離間されかつ前記第１の複数のレンズを通して前記ディスプレイに光パルスを送光する複数の広い光パルス放射器と、
前記ハウジングにマウントされ、かつ前記第１の複数のレンズに対してシフト整列されるように配列される第２の複数のレンズであって、前記第１の複数のレンズの内の１個を介して送光される広い光パルスが、前記第２の複数のレンズのN個の隣接する複数のものに入射するようになっており、Ｎが少なくとも２つである第２の複数のレンズと、
前記ハウジングにマウントされ、前記第２の複数のレンズを通して送光される前記広い光パルスを受光する複数の光パルス受光器であって、受光する前記広い光パルスの部分に従って受光された光の強度を出力する光パルス受光器と、
前記ハウジングにマウントされかつ前記光パルス受光器に接続されている計算ユニットであって、前記第１の複数のレンズを介して送光される広い光パルスが、前記複数のレンズの内の少なくとも２個に入射するのを部分的に遮る前記ディスプレイにタッチするポインタの位置を、前記第２の複数のレンズの隣接する複数のものに入射する前記広い光パルスの各部分に座標値を指定し、そして、該指定された座標値の重み付けられた平均値を計算することにより、計算する計算ユニットと、を備え、前記平均値における各座標値の重み付けが前記広い光のパルスの対応する部分の阻止の度合に対応している、タッチスクリーン。
【請求項１８】
前記第２の複数のレンズに入射する前記広い光パルスの部分が、前記パルスの幅にわたって変化する強度有する、異なる光強度分布を含み、前記座標値の重み付けがさらに該光強度分布に基づいて決定される請求項１７に記載のタッチスクリーン。
【請求項１９】
前記計算ユニットが、時間にわたって前記重み付けされた複数の平均値を計算し、かつ時間的にフィルタリングすることによって前記位置を計算する、請求項１７に記載のタッチスクリーン。
【請求項２０】
前記時間的にフィルタリングすることが、前記ポインタの速度、スキャニング周波数、前記ポインタが直線に沿って移動しているかどうか、及びポインタのサイズの内の少なくとも１つに依存している請求項１９に記載のタッチスクリーン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ベースのタッチスクリーンに関する。
【０００２】
本出願は、次の５つの米国プロビジョナル特許出願の優先権の利益を主張するもので、それらの開示は、参考としてここに援用される。
・２０１０年３月２４日に出願された発明者マグナスジョーツによる“OPTICAL TOUCH SCREEN WITH WIDE BEAM TRANSMITTERS AND RECEIVERS”と題する米国プロビジョナル特許出願第６１／３１７，２５５号；
・２０１０年３月２４日に出願された発明者マグナスジョーツによる“OPTICAL TOUCH SCREEN USING A MIRROR IMAGE FOR DETERMINING THREE-DIMENSIONAL POSITION INFORMATION”と題する米国プロビジョナル特許出願第６１／３１７，２５７号；
・２０１０年９月１日に出願された発明者マグナスジョーツ、トーマスエリクソン、ジョセフシャイン、アンダースジャンセン、ニクラスビスト、及びロバートピーターソンによる“OPTICAL TOUCH SCREEN SYSTEMS USING REFLECTED LIGHT”と題する米国プロビジョナル特許出願第６１／３１９，０１２号；
・２０１０年９月７日に出願された発明者マグナスジョーツ、トーマスエリクソン、ジョセフシャイン、アンダースジャンセン、ニクラスビスト、及びロバートピーターソンによる“OPTICAL TOUCH SCREEN SYSTEMS USING REFLECTED LIGHT”と題する米国プロビジョナル特許出願第６１／３８０，６００号；及び
・２０１０年１１月７日に出願された発明者マグナスジョーツ、トーマスエリクソン、ジョセフシャイン、アンダースジャンセン、ニクラスビスト、ロバートピーターソン及びラーススパーフによる“OPTICAL TOUCH SCREEN SYSTEMS USING REFLECTED LIGHT”と題する米国プロビジョナル特許出願第６１／４１０，９３０号。
【背景技術】
【０００３】
多くの消費者向け電子装置は、現在、指又はスタイラスタッチユーザ入力で使用するためにタッチ感知スクリーンと共に製造されている。これらの装置は、移動電話や車用娯楽システムのような小型スクリーン装置から、ノートブックコンピュータのような中間サイズのスクリーン装置へ、更には、空港のチェックインステーションのような大型スクリーン装置までの範囲に及ぶ。
【０００４】
ほとんどの従来のタッチスクリーンシステムは、抵抗性又は容量性の層をベースとしている。そのようなシステムは、容易に拡張できないので、全てを網羅する解決策を与えるに足るほどの多様性はない。
【０００５】
従来のタッチスクリーンシステムの従来技術を例示する図１を参照する。そのようなシステムは、ＬＣＤディスプレイ面６０６と、ＬＣＤ面の上に配置された抵抗性又は容量性上敷き８０１と、その上敷きに接続されて上敷きからの入力を意味のある信号へと変換するコントローラ集積回路（ＩＣ）７０１とを備えている。コンピュータのようなホスト装置（図示せず）は、コントローラＩＣ７０１から信号を受信し、そして装置ドライバ又はそのような他のプログラムがその信号を解釈して、キー押圧又はスクロール移動のようなタッチベース入力を検出する。
【０００６】
従来の抵抗性タッチスクリーンの従来技術を例示する図２を参照する。図２には導電性及び抵抗性の層８０２が薄いスペースで分離されて示されている。ＰＥＴ膜８０３が頂部回路層８０４の上に横たわり、そしてこの回路層が導電性コーティング８０６の上に横たわる。同様に、スペーサドット８０８を伴う導電性コーティング８０７が底部回路層８０５の上に横たわり、そしてこの回路層がガラス層６０７の上に横たわる。指又はスタイラスのようなポインタ９００がスクリーンにタッチすると、抵抗性層間に接触が形成され、スイッチを閉じる。コントローラ７０１は、層間の電流を決定してタッチ点の位置を導出する。
【０００７】
抵抗性タッチスクリーンの利点は、コストが安く、消費電力が低く且つスタイラスサポートであることである。
【０００８】
抵抗性タッチスクリーンの欠点は、上に横たわるものであるために、スクリーンが完全に透明でないことである。別の欠点は、タッチ検出のために圧力が要求され、即ち充分な圧力を伴わずにスクリーンにタッチするポインタは、検出されないことである。その結果、抵抗性タッチスクリーンは、指タッチも検出しない。更に別の欠点は、抵抗性タッチスクリーンが一般的に直射日光において信頼性がないことである。更に別の欠点は、抵抗性タッチスクリーンがかき傷に敏感なことである。更に別の欠点は、２つ以上のポインタがスクリーンに同時にタッチすること、「マルチタッチ」と称される、を抵抗性タッチスクリーンが見分けられないことである。
【０００９】
従来の表面容量性タッチスクリーンの従来技術を例示する図３を参照する。図３には、被覆されたガラス基板８１０の上に横たわるタッチ面８０９が示されている。ガラス８１１の両面には、均一な導電性インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）コーティング８１２が被覆されている。更に、ＩＴＯコーティング層８１２の一方の前面には二酸化シリコンの硬いコーティング８１３が被覆されている。電流を発生するためにガラスの四隅には電極８１４が取り付けられる。指又はスタイラスのようなポインタ９００がスクリーンにタッチして、少量の電流を接触点へ引き出す。次いで、コントローラ７０１は、４つの電極に流れる電流の割合に基づいてタッチ点の位置を決定する。
【００１０】
表面容量性タッチスクリーンの利点は、指タッチサポートであり且つ耐久性表面であることである。
【００１１】
表面容量性タッチスクリーンの欠点は、上に横たわるものであるために、スクリーンが完全に透明でないことである。別の欠点は、動作温度範囲が限定されることである。更に別の欠点は、タッチスクリーンが容量性であるためにポインタ移動の捕獲速度が限定されることである。更に別の欠点は、表面容量性タッチスクリーンが高周波（ＲＦ）障害及び電磁（ＥＭ）障害を受け易いことである。更に別の欠点は、タッチ位置決定の精度がキャパシタンスに依存することである。更に別の欠点は、容量性タッチスクリーンを手袋で使用できないことである。更に別の欠点は、表面容量性タッチスクリーンが大きなスクリーン境界を必要とすることである。その結果、表面容量性タッチスクリーンは、小さなスクリーン装置では使用できないことである。更に別の欠点は、表面容量性タッチスクリーンがマルチタッチを見分けられないことである。
【００１２】
従来の投影型容量性タッチスクリーンの従来技術を例示する図４を参照する。図４には複数の水平（ｘ軸）及び垂直（ｙ軸）電極を形成するエッチングされたＩＴＯ層８１５が示されている。エッチング層８１５は、外側のハードコート層８１６及び８１７と、ｘ軸電極パターン８１８と、ｙ軸電極パターン８１９と、中間のＩＴＯガラス８２０とを含む。ＡＣ信号７０２が一方の軸の電極を駆動し、そしてスクリーンを通しての応答が電極を経て他の軸へとループバックする。スクリーンにタッチするポインタ９００の位置は、水平電極と垂直電極との間の信号レベル変化７０３に基づいて決定される。
【００１３】
投影型容量性タッチスクリーンの利点は、指のマルチタッチの検出及び耐久性スクリーンである。
【００１４】
投影型容量性タッチスクリーンの欠点は、上に横たわるものであるために、スクリーンが完全に透明でないことである。別の欠点は、コストが高いことである。更に別の欠点は、動作温度範囲が限定されることである。更に別の欠点は、タッチスクリーンが容量性であるために捕獲速度が限定されることである。更に別の欠点は、スクリーンサイズが限定され、典型的に、５”未満であることである。更に別の欠点は、表面容量性タッチスクリーンがＲＦ障害及びＥＭ障害を受け易いことである。更に別の欠点は、タッチ位置決定の精度がキャパシタンスに依存することである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
従って、従来のタッチスクリーンは、小型の移動装置及び大型スクリーンを伴う装置に一般的に使用するのに理想的でないことが明らかであろう。従って、上述した従来の抵抗性及び容量性タッチスクリーンの欠点を克服するタッチスクリーンを提供するのが有益である。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明は、従来の抵抗性及び容量性タッチスクリーンの欠点を克服するタッチスクリーンを提供する。
【００１７】
本発明の態様は、とりわけ、（ｉ）広い光ビームを伴うタッチスクリーン、（ii）シフト整列の放射器及び受光器を伴うタッチスクリーン、（iii）高屈折レンズを伴うタッチスクリーン、（iv）低ベゼルを伴うタッチスクリーン、（ｖ）長くて細い光ガイドを使用する光ベースのタッチスクリーン、（vi）感圧光ベースタッチスクリーン、及び（vii）反射画像を使用してポインタの位置を三次元で計算するタッチスクリーンを含めて、タッチスクリーンの種々の実施形態に関する。本発明の別の態様は、とりわけ、（viii）タッチ検出のための方法、及び（ix）タッチスクリーンコンポーネントを校正するための方法に関する。本発明の更に別の態様は、本発明のある実施形態、及び他のアプリケーションに要求される要素の正確な配置及び整列に関する。そのような態様は、（ｘ）放射器又は受光器要素を結合する相互適合ブロックを形成すること、及び（xi）毛細管作用を使用して装置組み立て中に要素をガイドするための方法を包含する。
【００１８】
広い光ビームを伴うタッチスクリーン
本発明のこれら実施形態では、近赤外線ＬＥＤのような細いソースからの光が、レンズ又は反射要素を使用して広げられ、スクリーンエリアの広い帯上に投影される。細い円錐状の光を広げるため、光源は、スクリーンの縁から離れた比較的長い距離に配置される。一実施形態において、光源は、ビームを徐々に広げることができるように、スクリーンの縁から適当な距離においてスクリーンの下に配置される。広げられたビームは、スクリーンの縁付近に配置された反射器によりスクリーン表面上に反射される。
【００１９】
本発明の別の実施形態において、光源がスクリーンの縁に沿って配置される。光ビームを、それがスクリーンの表面上に反射される前に徐々に広げることができるように、スクリーンの表面上に光を反射する反射器も、同じスクリーン縁に沿って光源から適当な距離に配置される。光源は、細い円錐状の光を実質的にスクリーンの縁に沿って放射し、そして光は広いビームとしてスクリーン表面上に反射される。スクリーンにタッチする指又はスタイラスのようなポインタが放射光の若干を遮る。遮られた光を測定することにより、スクリーン上のポインタの位置が決定される。
【００２０】
本発明の一実施形態において、広いビームは、各光検出器から適当な距離に配置された反射器を経て、スクリーンを横断した後に細い光の検出器へ収斂される。光検出器は、スクリーンの下又はスクリーンの縁に沿って配置される。
【００２１】
シフト整列の放射器及び受光器を伴うタッチスクリーン
本発明のこれら実施形態において、光放射器の配列体がスクリーンの表面上を受光器の配列体へと光を送り、放射器は、それに対向する受光器とシフト整列される。従って、各放射器からの光が１つの対向する受光器により検出されるのではなく、各放射器からの光は、２つの対向する受光器に到達する。同様に、各受光器が１つの対向する放射器からの光を検出するのではなく、各受光器は、２つの対向する放射器からの光を検出する。そのような重畳検出は、スクリーンにおけるタッチが少なくとも２つの放射器−受光器対により検出されることを保証する。ある実施形態において、各放射器からの光が２つの対向する受光器に到達しそして各受光器が２つの対向する放射器からの光を検出することを保証するためにシフト整列レンズの配列体が使用される。
【００２２】
従って、本発明の一実施形態によれば、ハウジングと、ハウジングにマウントされたディスプレイと、ハウジングにマウントされて、光パルスをディスプレイ上に送光する光パルス放射器の行と、ハウジングにマウントされて、光パルスを受け取る光パルス受光器の行と、ハウジングにマウントされ且つ受光器に接続されて、放射器により送光された光パルスを部分的に遮るディスプレイ上のポインタの位置を受光器の出力に基づいて決定する計算ユニットとを備え、放射器が受光器とシフト整列されたタッチスクリーンが提供される。
【００２３】
更に、本発明の一実施形態によれば、ハウジングと、ハウジングにマウントされたディスプレイと、ディスプレイを取り巻くコリメートレンズのフレームであって、フレームの第１縁に沿ったコリメートレンズがフレームの対向縁に沿ったコリメートレンズとシフト整列されるようなコリメートレンズのフレームと、ハウジングにマウントされて、第１縁のコリメートレンズを通してディスプレイに光パルスを送光する複数の光パルス放射器と、ハウジングにマウントされて、対向縁のコリメートレンズを通して光パルスを受光する複数の光パルス受光器と、ハウジングにマウントされ且つ受光器に接続されて、放射器により送光された光パルスを部分的に遮るディスプレイ上のポインタの位置を受光器の出力に基づいて決定する計算ユニットと、を備えたタッチスクリーンが提供される。
【００２４】
更に、本発明の一実施形態によれば、ハウジングと、ハウジングにマウントされたディスプレイと、ハウジングにマウントされ且つディスプレイを取り巻く複数のコリメートレンズであって、ディスプレイの第１縁に沿ったコリメートレンズがディスプレイの対向縁に沿ったコリメートレンズとシフト整列されるようなコリメートレンズと、ハウジングにマウントされて、第１縁のコリメートレンズを通してディスプレイに光パルスを送光する複数の光パルス放射器と、ハウジングにマウントされて、対向縁のコリメートレンズを通して光パルスを受光する複数の光パルス受光器と、ハウジングにマウントされ且つ受光器に接続されて、放射器により送光された光パルスを部分的に遮るディスプレイ上のポインタの位置を受光器の出力に基づいて決定する計算ユニットと、を備えたタッチスクリーンが提供される。
【００２５】
本発明の態様は、光を屈折して複数の広い発散ビームを形成するマイクロレンズの表面に結合された新規なコリメートレンズを使用する。マイクロレンズの表面が、放射器又は受光要素を向かない表面であるときには、そのようなコリメートレンズは、光を２段階で送光する。光がレンズ本体を通過するとき、光ビームは、従来のコリメートレンズと同様にコリメートされる。しかしながら、光がマイクロレンズの表面を通過するときに、光は複数の広い発散ビームへと屈折される。マイクロレンズの表面が放射器又は受光要素を向いた表面であるときは、そのようなコリメートレンズは、マイクロレンズの外面を有するコリメートレンズにより発生されるものと実質的に同様のビームを出力する。
【００２６】
高屈折レンズを伴うタッチスクリーン
本発明のこれら実施形態において、１つ以上の光放射器の配列体は、スクリーン表面上を１つ以上の受光器の配列体へと光を送光する。光放射器及び受光器は、高屈折レンズを使用している。放射器側のレンズを通過する光は、スクリーンを横断する高発散光ビームのパターンを生成し、従って、（ａ）スクリーンにタッチするポインタが、放射器の縁の大きな区分に沿って発生する複数の光ビームを遮り、そして（ｂ）スクリーンの受光器の縁に沿った任意の点において、放射器の縁の大きな区分に沿って発生する複数の光ビームが収斂する、ことを保証する。従って、スクリーンへのタッチは、受光器の縁の大きな区分に沿って複数のビームの各々により検出される。受光器側のレンズは、複数の到来光ビームを屈折し、受光器の縁に沿った各点に収斂するビームが受光器により検出されることを保証する。
【００２７】
従って、本発明の一実施形態によれば、ハウジングと、ハウジングにマウントされたディスプレイと、ディスプレイを取り巻く光ガイドフレームであって、到来光を複数の方向に屈折するためにフレームの２つの対向辺に沿ったマイクロレンズのパターンを含むフレームと、ハウジングにマウントされて、フレームの第１縁に沿ったマイクロレンズのパターンを通してディスプレイに光パルスを送光する複数の光パルス放射器と、ハウジングにマウントされて、フレームの対向縁に沿ったマイクロレンズのパターンを通して光パルスを受光する複数の光パルス受光器と、ハウジングにマウントされ且つ受光器に接続されて、放射器によって送光された光パルスを部分的に遮るディスプレイ上のポインタの位置を受光器の出力に基づいて決定する計算ユニットと、を備えたタッチスクリーンが提供される。
【００２８】
更に、本発明の一実施形態によれば、ハウジングと、ハウジングにマウントされたディスプレイと、ハウジングにマウントされ且つディスプレイの２つの対向する縁に沿って配置された２つの光ガイドであって、到来光を複数の方向に屈折するためにマイクロレンズのパターンを各々含む光ガイドと、ハウジングにマウントされて、第１の光ガイドを通してディスプレイに光パルスを送光する複数の光パルス放射器と、ハウジングにマウントされて、第２の光ガイドを通して光パルスを受光する複数の光パルス受光器と、ハウジングにマウントされ且つ受光器に接続されて、放射器により送光された光パルスを部分的に遮るディスプレイ上のポインタの位置を受光器の出力に基づいて決定する計算ユニットと、を備えたタッチスクリーンが提供される。
【００２９】
更に、本発明の一実施形態によれば、光放射器及び受光器がスクリーン表面の下に配置され、そして第１のスクリーン縁に沿って配置された第１の光ガイドにより光がスクリーン表面上を、スクリーン表面を横切って向けられ、光ガイドは、各光放射器のためのコリメートレンズを含み、各コリメートレンズには、複数のマイクロレンズがエッチングされている。コリメートレンズは、スクリーンの表面下に配置される。
【００３０】
更に、本発明の実施形態によれば、第１のスクリーン縁に対向する第２のスクリーン縁に沿って第２の光ガイドが配置され、第１の光ガイドからの光ビームをスクリーンの表面下の受光器へ向ける。更に、第２の光ガイドは、第１の光ガイドと実質的に同様であり、受光器ごとに複数のマイクロレンズがエッチングされたレンズを含む。
【００３１】
更に、本発明の一実施形態によれば、スクリーンの表面下ではなくスクリーンの各対向縁に沿って配置された複数の光放射器及び受光器を備えたタッチスクリーンシステムが提供される。光は、複数のマイクロレンズがエッチングされたコリメートレンズにより放射器からスクリーン表面を横切って向けられ、そして同様のレンズにより受信器へ向けられる。
【００３２】
低ベゼルを伴うタッチスクリーン
本発明のこれらの実施形態において、１つ以上の光放射器の配列体がスクリーン表面上を１つ以上の受光器の配列体へと光を送光する。光放射器及び受光器は、両方とも、スクリーンの表面下に配置される。放射器からの光は、スクリーン上に延びる反射光ガイドによりスクリーン上に反射される。同様に、スクリーン表面上を通過した光は、反射光ガイドにより受光器へ反射される。スクリーン上のこれら反射光ガイドの高さは、スクリーンを取り巻くベゼルを形成する。従来の反射光ガイドは、スクリーン面に対して４５°の角度で傾斜された実質的にフラットな反射面を有する。スクリーンに対して垂直な光ビームは、光ガイドにより、スクリーン表面に実質的に平行な平面へ向け直される。しかしながら、実質的に全ての反射面がスクリーン表面上に延びて、スクリーンの周囲にベゼルを形成する。ベゼルの高さを減少するために、本発明の実施形態は、放物線状の反射面及びそれに対応する屈折楕円面を有する光ガイドを使用して、光ビームを向け直す。放物線状の反射面は、実質的にスクリーン表面上に延びず、従って、スクリーン周囲のベゼルの高さを減少させる。更に、従来の光ガイドは、一般的に、スクリーン表面に実質的に垂直な第２の表面を有し、これを通して光が入ったり出たりする。急な垂直縁は、ベゼルを目立たせ、清掃にすることを困難にする。本発明の実施形態に使用される楕円屈折面は、あまり目立たず、清掃し易い。ある実施形態では、楕円屈折面は、スクリーンガラスの一部分である。
【００３３】
従って、本発明の一実施形態によれば、ハウジングと、ハウジングにマウントされたディスプレイと、ディスプレイの下でハウジングにマウントされた複数の光パルス放射器と、ディスプレイの下でハウジングにマウントされた複数の光パルス受光器と、ディスプレイの第１縁に沿ってハウジングにマウントされ、放射器によりディスプレイ上に送光された光パルスを各々反射及び屈折するための実質的に放物線状の反射面及び実質的に楕円状の屈折面を有する第１の光ガイドと、ディスプレイの対向縁に沿ってハウジングにマウントされ、ディスプレイ上を受光器へ送光される光パルスを各々屈折及び反射するための実質的に楕円状の屈折面及び実質的に放物線状の反射面を有する第２の光ガイドと、ハウジングにマウントされ且つ受光器に接続されて、放射器により送光された光パルスを部分的に遮るディスプレイ上のポインタの位置を受光器の出力に基づいて決定する計算ユニットと、を備えたタッチスクリーンが提供される。
【００３４】
更に、本発明の一実施形態によれば、ハウジングと、ハウジングにマウントされたディスプレイと、ディスプレイの下でハウジングにマウントされた複数の光パルス放射器と、ディスプレイの下でハウジングにマウントされた複数の光パルス受光器と、ハウジングにマウントされ且つディスプレイを取り巻き、放射器によりディスプレイ上を受光器へ送光された光パルスを各々反射及び屈折するための各縁に沿った実質的に放物線状の反射面及び実質的に楕円状の屈折面を有する光ガイドと、ハウジングにマウントされ且つ受光器に接続されて、放射器により送光された光パルスを部分的に遮るディスプレイ上のポインタの位置を受光器の出力に基づいて決定する計算ユニットと、を備えたタッチスクリーンが提供される。
【００３５】
更に、本発明の一実施形態によれば、スクリーンの表面下に配置された複数の光放射器及び受光器を備え、少なくとも２つのユニット、即ち一端にコリメートレンズをそして他端に表面に沿って複数のマイクロレンズを有する第１ユニット、及びスクリーン表面上に光を向け直す第２ユニットを各々有する光ガイドにより光がスクリーン表面上を、スクリーン表面を横切って向けられるようなタッチシステムが提供される。
【００３６】
更に、第２ユニットは、少なくとも２つのアクティブな表面、即ち到来する光ビームを焦点位置へ折り返す放物線状又は準放物線状の反射面である第１表面と、同じ焦点位置を有する相補的な楕円状又は準楕円状の表面である第２表面とを含み、第２表面は、折り返された光ビームをスクリーン表面上に向ける。
【００３７】
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下に配置された複数の光放射器及び受光器と、スクリーンの少なくとも１つの縁に沿って設けられ、放射器からスクリーン上に送られた光を反射する第１の光ガイドとを備えたタッチスクリーンシステムが提供される。光ガイドは、少なくとも２つのアクティブな表面、即ち到来する光ビームを焦点位置へ折り返す放物線状又は準放物線状の反射面である第１表面と、同じ焦点位置を有する相補的な楕円状又は準楕円状の表面である第２表面とを含む。第２表面は、折り返された光ビームをスクリーン表面上に向ける。
【００３８】
更に、第１の光ガイドに対向してスクリーンを横切って第２の光ガイドが配置されて、第１の光ガイドからスクリーン下の受光器へ光ビームを向ける。第２の光ガイドは、第１の光ガイドと実質的に同様である。
【００３９】
長くて細い光ガイドを使用する光ベースのタッチスクリーン
本発明の一実施形態によれば、ハウジングと、ハウジングにマウントされたディスプレイと、ハウジングにマウントされ且つディスプレイの第１縁に沿って配置された複数のコリメートレンズと、ハウジングにマウントされ、コリメートレンズから離間されて、コリメートレンズを通してディスプレイ上に光パルスをシリアルに送光する複数の光パルス放射器と、第１縁に対向するディスプレイの縁に沿ってハウジングにマウントされて、光パルスを受光するための光ガイドであって、該光ガイドの長さに沿って受光した光パルスを光ガイドの一端へ反射する反射ストリップを含むような光ガイドと、該光ガイドの一端付近でハウジングにマウントされて、反射された光パルスを受光するための光パルス受光器と、ハウジングにマウントされ且つ受光器に接続されて、放射器により送光された光パルスを部分的に遮るディスプレイ上のポインタの位置を受光器の出力に基づいて決定する計算ユニットと、を備えたタッチスクリーンが提供される。
【００４０】
更に、本発明の一実施形態によれば、ハウジングと、ハウジングにマウントされたディスプレイと、ディスプレイの第１縁に沿ってハウジングにマウントされた光ガイドであって、該光ガイドの長さに沿って受光した光パルスを光ガイドの両端へ反射する反射ストリップを含む光ガイドと、該光ガイドの各端付近でハウジングにマウントされて、反射された光パルスを受光するための複数の光パルス受光器と、第１縁に対向するディスプレイの縁に沿ってハウジングにマウントされた複数のコリメートレンズと、ハウジングにマウントされ、コリメートレンズから離間されて、コリメートレンズを通してディスプレイ上に光パルスを放射する複数の光パルス放射器と、ハウジングにマウントされ且つ受光器に接続されて、放射器により送光された光パルスを部分的に遮るディスプレイ上のポインタの位置を受光器の出力に基づいて決定する計算ユニットと、を備えたタッチスクリーンが提供される。
【００４１】
更に、本発明の一実施形態によれば、ハウジングと、ハウジングにマウントされたディスプレイと、ディスプレイの第１縁に沿ってハウジングにマウントされた光ガイドであって、該光ガイドの一端で受光した光パルスを反射する反射ストリップを含む光ガイドと、該光ガイドの一端付近でハウジングにマウントされて、光ガイドを通して光パルスを送光するための光パルス放射器であって、反射ストリップが光パルスをディスプレイ上に反射するようにされた光パルス放射器と、第１縁に対向するディスプレイの縁に沿ってハウジングにマウントされた複数のコリメートレンズと、ハウジングにマウントされ、コリメートレンズから離間されて、コリメートレンズを通して光パルスを受光する複数の光パルス受光器と、ハウジングにマウントされ且つ受光器に接続されて、放射器により送光された光パルスを部分的に遮るディスプレイ上のポインタの位置を受光器の出力に基づいて決定する計算ユニットと、を備えたタッチスクリーンが提供される。
【００４２】
更に、本発明の一実施形態によれば、ハウジングと、ハウジングにマウントされたディスプレイと、ディスプレイの第１縁に沿ってハウジングにマウントされた光ガイドであって、該光ガイドのいずれかの端で受光した光パルスを反射する反射ストリップを含む光ガイドと、該光ガイドの各端付近でハウジングにマウントされて、光ガイドを通して光パルスを送光するための光パルス放射器であって、反射ストリップが光パルスをディスプレイ上に反射するようにされた光パルス放射器と、第１縁に対向するディスプレイの縁に沿ってハウジングにマウントされた複数のコリメートレンズと、ハウジングにマウントされ、コリメートレンズから離間されて、コリメートレンズを通して光パルスを受光する複数の光パルス受光器と、ハウジングにマウントされ且つ受光器に接続されて、放射器により送光された光パルスを部分的に遮るディスプレイ上のポインタの位置を受光器の出力に基づいて決定する計算ユニットと、を備えたタッチスクリーンが提供される。
【００４３】
反射画像を使用してタッチスクリーン上のポインタの高さを決定するタッチスクリーン
本発明の一実施形態によれば、反射性のディスプレイ表面と、（ｉ）反射性のディスプレイ表面、（ii）反射性のディスプレイ表面に接近するポインタ、及び（iii）反射性のディスプレイ表面におけるポインタの反射、の画像を捕獲するようにマウントされたカメラと、該カメラに結合されて、反射性のディスプレイ表面に対するポインタの三次元位置を、カメラにより捕獲された画像におけるポインタの位置及びポインタの反射に基づいて決定するプロセッサと、を備えたタッチスクリーンシステムが提供される。
【００４４】
感圧性の光ベースのタッチスクリーン
本発明の一実施形態によれば、ハードタッチとソフトタッチとの間を区別する光ベースのタッチスクリーンが提供される。一実施形態において、堅固にマウントされたスクリーンが放射器及び受光器により取り巻かれる。複数の受光器において検出される光の増加によりハードタッチがソフトタッチから区別され、そのような増加は、堅固にマウントされたスクリーンがハードタッチにより曲げられることから生じる。別の実施形態では、スクリーンは、堅固にマウントされる放射器及び受光器により取り巻かれたハウジングに柔軟にマウントされる。タッチの圧力でスクリーンがハウジングへと下がり、複数の受光器における検出光の増加を生じる。異なる圧力量は、検出光の増加量の差に対応する。
【００４５】
タッチ検出方法
本発明の一実施形態によれば、タッチスクリーン上のタッチ座標を計算する方法において、ディスプレイ、ディスプレイ上に光パルスを送光する光パルス放射器の行、及び光パルスを受光しそしてその受光した光パルスを表わす信号を出力する光パルス受光器の行を準備し、放射器は、それに対応する受光器とシフト整列され、光パルスを部分的に遮るディスプレイ上のタッチを受光器の出力に基づいて検出し、最大タッチ検出受光器出力を選択し、最大タッチ検出受光器出力に対応する放射器−受光器対を識別し、最大タッチ検出の放射器−受光器対の左側の少なくとも１つの放射器−受光器対及びその右側の少なくとも１つの放射器−受光器対を少なくとも３つの放射器−受光器対の各々について選択し、各対応するタッチスクリーン座標を少なくとも３つの放射器−受光器対の各々について識別し、放射器−受光器対の座標とその各々のタッチ検出出力信号との積を計算し、それら積の第１の和を計算し、受光器出力の第２の和を計算し、第１の和を第２の和で除算することにより空間的にフィルタリングされたタッチ座標を計算し、以前のタッチ検出信号に基づいて基準タッチ座標を与え、空間的にフィルタリングされたタッチ座標及び基準タッチ座標に基づいて時間的にフィルタリングされたタッチ座標を計算し、そして（ｉ）時間的にフィルタリングされたタッチ座標値、又は（ii）時間的にフィルタリングされたタッチ座標及び基準タッチ座標を結合する値、のいずれかを、基準タッチ座標に指定することを含む方法が提供される。
【００４６】
更に、本発明の一実施形態によれば、複数の光放射器及び受光器を備え、各放射器からの光が２つ以上の受光器により検出され、そして各受光器が２つ以上の放射器からの光を検出するようなタッチスクリーンシステムが提供される。更に、（ａ）同じ放射器からの光を検出する２つの受光器における信号の差、及び／又は（ｂ）２つの放射器からの光を検出する受光器における信号の差に基づき、タッチ位置が決定される。或いは又、（ａ）同じ放射器からの光を検出する３つ以上の受光器における信号の差、及び（ｂ）３つ以上の放射器からの光を検出する受光器における信号の差に基づきタッチ位置が決定される。更に、スクリーンの角又はその付近の放射器及び受信器を除いて、各放射器は、２つの受光器間の中間点に対向して位置され、そして各受光器は、２つの放射器間の中間点に対向して位置される。
【００４７】
更に、本発明の一実施形態によれば、マルチタッチ動作を明瞭化するように動作できるタッチスクリーンシステムが提供される。あるマルチタッチ動作は、２つ以上のタッチｘ座標及び２つ以上のタッチｙ座標を発生する。そのような状況では、どのｘ座標がどのｙ座標に関連しているか解明することが重要である。例えば、同時に遂行された２つのタッチが垂直又は水平に整列されないときには、２つのタッチが２つのタッチｘ座標及び２つのタッチｙ座標を発生する。同様に、２本の指がスクリーンにタッチしそして軸の周りを円形パターンで滑走するような回転ジェスチャーに応答して、スクリーンディスプレイ又はスクリーン要素ディスプレイは、回転ジェスチャーの方向に基づき時計方向又は反時計方向に回転される。従って、回転ジェスチャーの方向が時計方向か反時計方向か解明することが本質的である。本発明の態様は、タッチ検出の強度を使用して、マルチタッチのタッチ位置を解明すると共に、回転ジェスチャーの方向が時計方向であるか反時計方向であるか解明するタッチスクリーンシステムを提供する。
【００４８】
タッチスクリーンコンポーネントを校正する方法
本発明の一実施形態によれば、光ベースのタッチスクリーン内の光学的コンポーネントを校正する方法において、ディスプレイ、パルス電流及びパルス巾コントロールに基づきディスプレイ上に光パルスを送光する光パルス放射器の行、及び光パルスを受光しそしてその受光した光パルスを表わす信号を出力する光パルス受光器の行を準備し、光パルスを部分的に遮るタッチ事象がディスプレイ上に生じたかどうか受光器の出力に基づいて決定し、タッチ事象が生じていないことがその決定で決定されると、受光器の出力が安定であるかどうか更に決定し、受光器の出力が安定であることがその更なる決定で決定されると、各受光器出力が受光器の各基準値からの各指定の偏差内であるかどうか更に決定し、少なくとも１つの受光器出力がその基準値からの指定の偏差内にないことがその更なる決定で決定されると、少なくとも１つの放射器パルス電流及びパルス巾を変更し、そして全ての受光器出力がそれらの各基準値からの各指定の偏差内にあることがその更なる決定で決定されると、各受光器出力をそれらの各基準値に指定することを含む方法が提供される。
【００４９】
更に、本発明の一実施形態によれば、光ベースのタッチスクリーン内の光学的コンポーネントを校正する方法において、ディスプレイ、ディスプレイ上に光パルスを送光する光パルス放射器の行、及び光パルスを受光しそしてその受光した光パルスを表わす信号を出力する光パルス受光器の行を準備し、光パルスを部分的に遮るタッチ事象がディスプレイ上に生じたかどうか幾つかの受光器出力に基づいて決定し、タッチ事象が生じたことがその決定で決定されると、残りの受光器出力が安定であるかどうか更に決定し、残りの受光器出力が安定であることがその更なる決定で決定されると、その残りの受光器出力が受光器の各基準値からの各指定の偏差内であるかどうか更に決定し、そしてその残りの受光器出力が各基準値からの各指定の偏差内であることがその更なる決定で決定されると、各残りの受光器出力をそれらの各基準値に指定することを含む方法が提供される。
【００５０】
相互適合レンズブロック
本発明の一実施形態によれば、予め製造されたレンズブロックからアッセンブルされるタッチスクリーンが提供される。各ブロックは、赤外線透過プラスチックより成り、コリメートレンズ又は多方向コリメートレンズとして形成される。各ブロックは、コリメートレンズに向い合って正確に配置された埋め込み型放射器又は受光器を含む。ブロックは、互いに適合するカーブした縁で形成され、従って、各ブロックからの光が隣接ブロックに入る。
【００５１】
毛細管作用を使用した要素の正確な配置
本発明の一実施形態によれば、とりわけ、放射器、受光器及びレンズを含むコンポーネントを装置にアッセンブルする方法であって、装置基板又はガイド型の空洞にコンポーネントを配置し、そして空洞付近に半田パッドを配置する方法が提供される。装置をオーブンに挿入すると、半田パッドが溶融し、空洞付近の溶融半田の毛細管作用で要素が空洞へと深くガイドされる。
【００５２】
本発明は、添付図面を参照した以下の詳細な説明からより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】
【００５３】
【図１】従来のタッチスクリーンシステムの従来技術を示す。
【図２】従来の抵抗性タッチスクリーンシステムの従来技術を示す。
【図３】従来の表面容量性タッチスクリーンシステムの従来技術を示す。
【図４】従来の投影型容量性タッチスクリーンシステムの従来技術を示す。
【図５】本発明の一実施形態により互いに接近配置された複数の放射器を備えたタッチスクリーンの一部分を示すもので、光ファイバの光ガイドにより第１のスクリーン縁に沿った位置へ光がガイドされるものを示す。
【図６】本発明の一実施形態により１６個の放射器及び１６個の受光器を有するタッチスクリーンを示す図である。
【図７】図６のタッチスクリーンを示すもので、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つのポインタの検出を示す図である。
【図８】図６のタッチスクリーンを示すもので、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つのポインタの検出を示す図である。
【図９】図６のタッチスクリーンを示すもので、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つのポインタの検出を示す図である。
【図１０】本発明の一実施形態により２本指滑走移動を検出する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り２本指滑走移動を検出するタッチスクリーンを示す図である。
【図１２】本発明の一実施形態による図６のタッチスクリーンの回路図である。
【図１３】本発明の一実施形態による光ベースのタッチスクリーンシステムの簡単な図である。
【図１４】本発明の一実施形態による図１３のタッチスクリーンシステムの簡単な断面図である。
【図１５】本発明の一実施形態により、センサ要素より小さなポインタをタッチスクリーンシステムが読み取れるようにする放射器、受光器及び光学的要素の配列を簡単に示す図である。
【図１６】本発明の一実施形態により、とりわけスタイラスを含めて、センサ要素より小さなポインタをタッチスクリーンシステムが検出できるようにする放射器、受光器及び光学的要素の配列を簡単に示す図である。
【図１７】本発明の一実施形態により、広い光ビームがスクリーンを覆うようなタッチスクリーンの簡単な図である。
【図１８】本発明の一実施形態によるコリメートレンズを簡単に示す図である。
【図１９】本発明の一実施形態により受光器と協働するコリメートレンズを簡単に示す図である。
【図２０】本発明の一実施形態により、放射器を向いたマイクロレンズの表面を有するコリメートレンズを簡単に示す図である。
【図２１】本発明の一実施形態により、受光器を向いたマイクロレンズの表面を有するコリメートレンズを簡単に示す図である。
【図２２】本発明の一実施形態による広ビームタッチスクリーンを伴う電子装置の簡単な図である。
【図２３】本発明の一実施形態により、２つの受光器により検出される１つの放射器からの重畳する光ビームを示す、図２２の電子装置の図である。
【図２４】本発明の一実施形態により、１つの受光器により検出される２つの放射器からの重畳する光ビームを示す、図２２の電子装置の図である。
【図２５】本発明の一実施形態により、少なくとも２つの放射器−受光器対によりスクリーン上の点が検出されることを示す、図２２の電子装置の図である。
【図２６】本発明の一実施形態により光信号の強度分布を示す広ビームタッチスクリーンの簡単な図である。
【図２７】本発明の一実施形態により、２つの放射器からの重畳する光信号の強度分布を示す広ビームタッチスクリーンの簡単な図である。
【図２８】本発明の一実施形態により、１つの放射器からの２セットの重畳する光信号の強度分布を示す広ビームタッチスクリーンの簡単な図である。
【図２９】本発明の一実施形態により、マイクロレンズパターンをもたない放射器及び受光器レンズを伴う広ビームタッチスクリーンの簡単な図である。
【図３０】本発明の一実施形態により、マイクロレンズパターンを有する放射器及び受光器レンズを伴う広ビームタッチスクリーンの簡単な図である。
【図３１】本発明の一実施形態により、マイクロレンズパターンを有する放射器及び受光器レンズを伴う広ビームタッチスクリーンの簡単な図である。
【図３２】本発明の一実施形態により、マイクロレンズパターンをもたない放射器及び受光器レンズを伴う広ビームタッチスクリーンの簡単な図である。
【図３３】本発明の一実施形態により、マイクロレンズパターンを有する放射器及び受光器レンズを伴う広ビームタッチスクリーンの簡単な図である。
【図３４】本発明の一実施形態により、マイクロレンズパターンが一体化されたレンズを伴う２つの放射器の簡単な図である。
【図３５】本発明の一実施形態により、マイクロレンズパターンが一体化されたレンズを伴う２つの受光器の簡単な図である。
【図３６】本発明の一実施形態により、ディスプレイ及び外部ケースを伴う電子装置の環境における単一ユニット光ガイドの簡単な側面図である。
【図３７】本発明の一実施形態により、表面に羽毛パターンが適用されたレンズを２つの異なる角度から見た簡単な側面図である。
【図３８】本発明の一実施形態による広ビームタッチスクリーンの一部分の簡単な図である。
【図３９】本発明の一実施形態によりレンズにエッチングされたマイクロレンズに入ったり出たりする光ビームの簡単な上面図である。
【図４０】本発明の一実施形態により、ディスプレイ及び外部ケースを有する電子装置の環境における二重ユニット光ガイドの簡単な側面図である。
【図４１】本発明の一実施形態により、ＰＣＢ及び外部ケースを有する電子装置の環境における光ガイドユニットを示す図である。
【図４２】本発明の一実施形態による図４１の光ガイドユニットの上面図である。
【図４３】本発明の一実施形態による電子装置内の光ガイドの簡単な側面破断図である。
【図４４】本発明の一実施形態により、光ビームを折り返すための少なくとも２つのアクティブな表面を伴う光ガイドの上部及び電子装置の一部分の簡単な側面破断図である。
【図４５】本発明の一実施形態により、ディスプレイを覆う保護ガラスの一体的部分として形成された透明な光学的タッチ光ガイドのある区分の簡単な図である。
【図４６】本発明の一実施形態により、スクリーンの縁を隠すようにされた、図４４の電子装置及び光ガイドの簡単な図である。
【図４７】本発明の一実施形態により、放射器の反対側からディスプレイの上まで延びる単一ユニットである光ガイドの簡単な図である。
【図４８】本発明の一実施形態による二重ユニットの光ガイドの簡単な図である。
【図４９】本発明の一実施形態により、赤外線に対して透明なプラスチック材料で作られた光学的コンポーネントを示す。
【図５０】本発明の一実施形態による光ガイドを伴うタッチスクリーンの簡単な側面図である。
【図５１】本発明の一実施形態により、各側に３つの光学的コンポーネントのブロックを伴うタッチスクリーンを示す。
【図５２】本発明の一実施形態による図５１の放射器ブロックの１つの拡大図である。
【図５３】本発明の一実施形態により、スクリーン上に光を向けるためにスクリーンの第１縁に沿った長くて細い光ガイドを有し、且つその向けられた光を検出しそしてその検出された光の値を計算ユニットへ通信するためにスクリーンの対向縁に沿って配列された受光器のアレイを有するタッチスクリーンを示す。
【図５４】本発明の一実施形態により、スクリーン上に光ビームを向けるためにスクリーンの第１縁に沿った光放射器のアレイを有し、且つその向けられた光ビームを受光しそしてそれを、光ガイドの両端に位置する受光器へ更に向けるための長くて細い光ガイドを有するタッチスクリーンを示す。
【図５５】本発明の一実施形態により長くて細い光ガイドの各端に各々結合された２つの光放射器を示す。
【図５６】本発明の一実施形態によりハード押圧の発生を検出するタッチスクリーンを示す。
【図５７】本発明の一実施形態によりハード押圧の発生を検出するタッチスクリーンを示す。
【図５８】本発明の一実施形態によりハード押圧の発生を検出するタッチスクリーンを示す。
【図５９】本発明の一実施形態によりハード押圧の発生を検出するタッチスクリーンを示す。
【図６０】本発明の一実施形態により、堅固にマウントされた７インチＬＣＤスクリーンに圧力を加えたときに検出される光の増加を示す棒グラフである。
【図６１】本発明の一実施形態により、堅固にマウントされた７インチＬＣＤスクリーンに圧力を加えたときに検出される光の増加を示す棒グラフである。
【図６２】本発明の一実施形態により、スクリーンガラスの下面及びそれに対してなされたタッチの画像を捕獲するためにスクリーンガラスディスプレイの下に配置された画像センサを簡単に示す図である。
【図６３】本発明の一実施形態により、ピクセルに分割されたディスプレイ及び３つのタッチ検出を簡単に示す図である。
【図６４】本発明の一実施形態により、ラップトップコンピュータのヒンジに位置されそしてスクリーンを指しているカメラセンサを簡単に示す図である。
【図６５】本発明の一実施形態により、タッチエリアを見るカメラを示す簡単な側面図である。
【図６６】本発明の一実施形態により、タッチエリアを見るカメラを示す簡単な上面図である。
【図６７】本発明の一実施形態により、カメラで捕獲された画像に基づいてタッチポインタを位置決めするために、タッチエリアを見るカメラと、２つの画像軸、即ち画像ｘ軸及び画像ｙ軸とを簡単に示す図である。
【図６８】本発明の一実施形態により、カメラで捕獲された画像に基づいてタッチポインタを位置決めするために、タッチエリアを見るカメラと、２つのスクリーン軸、即ちスクリーンｘ軸及びスクリーンｙ軸とを簡単に示す図である。
【図６９】本発明の一実施形態により、異なる角度からタッチエリアを各々捕獲する２つのカメラを簡単に示す図である。
【図７０】本発明の一実施形態により、異なる角度からタッチエリアを各々捕獲する２つのカメラを簡単に示す図である。
【図７１】本発明の一実施形態により、異なる角度からタッチエリアを各々捕獲する４つのカメラを簡単に示す図である。
【図７２】本発明の一実施形態により、完全なタッチエリアを見るカメラを、カメラの観点から簡単に示す図である。
【図７３】本発明の一実施形態により、互いに正接するスタイラス及びスタイラスの鏡像を示す、タッチエリアの一部分の簡単な図である。
【図７４】本発明の一実施形態により、図７３に比してタッチエリアの中心へ接近移動された、スタイラスと、スタイラスの鏡像とを示す簡単な図である。
【図７５】本発明の一実施形態により、図７３に比してタッチエリアの底部へ接近移動された、スタイラスと、スタイラスの鏡像とを示す簡単な図である。
【図７６】本発明の一実施形態により、互いに分離された、スタイラスと、スタイラスの鏡像とを示す簡単な図である。
【図７７】本発明の一実施形態により、指し示された三次元位置を決定するための方法の簡単なフローチャートである。
【図７８】本発明の一実施形態により、カメラの向きを決定するのに使用される６個のタッチアイコンを表示するタッチエリアの簡単な図である。
【図７９】本発明の一実施形態によるタッチスクリーンシステムにおける放射器及び受光器レンズの対向する行を示す。
【図８０】本発明の一実施形態によるタッチスクリーンシステムにおける放射器及び受光器レンズの対向する行を示す。
【図８１】本発明の一実施形態により、タッチスクリーンシステムにおける複数の放射器−受光器対によってタッチ位置を決定する技術の簡単な図である。
【図８２】本発明の一実施形態により、図７９及び８０の構成に対する光ガイドフレームを示す。
【図８３】本発明の一実施形態による光学的タッチスクリーンのタッチ検出方法の簡単なフローチャートである。
【図８４】ユーザが２本の指をスクリーンに載せて軸の周りで回転する回転ジェスチャーを示す。
【図８５】ユーザが２本の指をスクリーンに載せて軸の周りで回転する回転ジェスチャーを示す。
【図８６】ユーザが２本の指をスクリーンに載せて軸の周りで回転する回転ジェスチャーを示す。
【図８７】本発明の一実施形態によりタッチスクリーン上の種々の位置におけるタッチ事象を示す。
【図８８】本発明の一実施形態によりタッチスクリーン上の種々の位置におけるタッチ事象を示す。
【図８９】本発明の一実施形態によりタッチスクリーン上の種々の位置におけるタッチ事象を示す。
【図９０】本発明の一実施形態によりタッチスクリーン上の種々の位置におけるタッチ事象を示す。
【図９１】本発明の一実施形態により、図８７に示すタッチ事象中の光飽和の棒グラフである。
【図９２】本発明の一実施形態により、図８８に示すタッチ事象中の光飽和の棒グラフである。
【図９３】本発明の一実施形態により、図８９に示すタッチ事象中の光飽和の棒グラフである。
【図９４】本発明の一実施形態により、図９０に示すタッチ事象中の光飽和の棒グラフである。
【図９５】本発明の一実施形態により、対角方向に対向する同時タッチの位置を決定するための方法の簡単なフローチャートである。
【図９６】本発明の一実施形態により、時計方向ジェスチャーと反時計方向ジェスチャーとを区別するための方法の簡単なフローチャートである。
【図９７】本発明の一実施形態による光学的タッチスクリーンのための校正及びタッチ検出方法の簡単なフローチャートである。
【図９８】本発明の一実施形態により、タッチで発生された信号と、機械的作用で発生された信号との間の差を示す図である。
【図９９】本発明の一実施形態により光学的タッチスクリーンを校正するときにパルス強度をセットするためのコントロール回路の簡単な図である。
【図１００】本発明の一実施形態により、光学的タッチスクリーンを校正するための、最小電流から最大電流までの範囲のパルス強度に対して校正パルスをプロットしたグラフである。
【図１０１】本発明の一実施形態により、光学的タッチスクリーンを校正するための、簡単なパルス図、及びそれに対応する出力信号グラフである。
【図１０２】本発明の一実施形態により、放射器又は受光器のようなコンポーネントをプリント回路板上に位置付ける精度を高めるために毛細管作用をどのように使用するか示す図である。
【図１０３】本発明の一実施形態により、加熱オーブンに通した後の図１０２のプリント回路板を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００５４】
添付図面を参照するため、要素及びその番号について次のような指標を設ける。１００番代の番号が付けられた要素は、一般的に、光ビームに関するものであり、２００番代の番号が付けられた要素は、一般的に、光源に関するものであり、３００番代の番号が付けられた要素は、一般的に、受光器に関するものであり、４００番代及び５００番代の番号が付けられた要素は、一般的に、光ガイドに関するものであり、６００番代の番号が付けられた要素は、一般的に、ディスプレイに関するものであり、７００番代の番号が付けられた要素は、一般的に、回路素子に関するものであり、８００番代の番号が付けられた要素は、一般的に、電子装置に関するものであり、そして９００番代の番号が付けられた要素は、一般的に、ユーザインターフェイスに関するものである。又、１０００番代の番号が付けられた要素は、フローチャートの動作である。
【００５５】
同様の番号が付けられた要素は、同じ形式の要素を表わすが、同一の要素である必要はない。
【００５６】
【表１】
0005853016.tif 000002
【００５７】
【表２】
0005853016.tif 000003
【００５８】
【表３】
0005853016.tif 000004
【００５９】
本発明の態様は、光ベースのタッチスクリーン及び光ベースのタッチ面に関する。
【００６０】
説明を明瞭化するために、本明細書全体を通じて、「タッチスクリーン」という語は、電子的ディスプレイを含んでも含まなくてもよいタッチ感知面を指すための一般的な用語として使用される。従って、ここで使用する「タッチスクリーン」という語は、とりわけ、多くのラップトップコンピュータに含まれるマウスタッチパッド、及びハンドヘルド電子装置のカバーを含む。「光学的タッチスクリーン」という語は、とりわけ、予想される光強度と検出された光強度との間の差に基づいてタッチを検出するスクリーンを含めて、光ベースのタッチスクリーンを指すための一般的な用語として使用され、ここで、検出される光強度は、予想される光強度より大きいこともあり又は小さいこともある。「スクリーンガラス」という語は、透明なスクリーン面を指すための一般的な用語として使用される。スクリーンは、とりわけ、ガラスから構成されるか、又はとりわけ、結晶、アクリル及びプラスチックを含む非ガラス材料から構成される。本発明のある実施形態では、スクリーンは、近赤外線の通過は許すが、それ以外は、非透明である。
【００６１】
説明を明瞭化するために、本明細書全体を通じて、「放射器」という語は、とりわけ、発光ダイオード（ＬＥＤ）を含む光放射要素、及びディスプレイ表面上に光を向けるレンズや反射器へ光を出力する光ファイバ又は管状光ガイドの出力端を指すための一般的な用語として使用される。「受光器」という語は、とりわけ、ホトダイオード（ＰＤ）を含む光検出要素、及びディスプレイ表面を横断した光ビームを受光しそしてそれを光検出要素又は画像センサに向ける光ファイバ又は管状光ガイドの入力端を指すための一般的な用語として使用され、画像センサは、とりわけ、電荷結合デバイス（ＣＣＤ）又は相補的な金属酸化物半導体（ＣＭＯＳ）画像センサである。
【００６２】
本発明の一実施形態により、互いに接近配置された複数の放射器２０１−２０３を備えたタッチスクリーンの一部分を示した図５を参照すれば、光ファイバの光ガイド４０１により第１のスクリーン縁に沿った位置へ光がガイドされる。又、タッチスクリーンの一部分は、一緒に接近配置された複数の受光器３０１−３０５も備え、第２のスクリーン縁に沿った位置から光ファイバの光ガイド４０２により光がそこにガイドされる。
【００６３】
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、とりわけ、赤外線又は近赤外線発光ダイオード（ＬＥＤ）を含む１つ以上の放射器と、タッチスクリーン又はタッチ面を取り巻く周囲に沿って配列された、とりわけ、ホトダイオード(ＰＤ)を含む複数の受光器とを備えている。放射器は、スクリーンの表面に実質的に平行に光を放射し、この光は、受光器により検出される。スクリーンの一部分の上に置かれた指又はスタイラスのようなポインタは、光ビームの若干を遮り、それに対応する若干の受光器が光強度の低下を検出する。受光器の位置の幾何学性及びそれらが検出する光強度は、ポインタのスクリーン座標を決定するのに充分なものである。放射器及び受光器は、コントローラにより、選択的なアクチベーション及びデアクチベーションについてコントロールされる。一般的に、各放射器及び受光器は、Ｉ／Ｏコネクタを有し、そしてどの放射器及びどの受光器がアクチベートされるか指定するための信号が送信される。
【００６４】
本発明の一実施形態に置いて、複数の放射器が長方形スクリーンの２つの隣接する辺に沿って配置され、そして複数の受光器が他の２つの隣接する辺に沿って配置される。この点に関して、本発明の一実施形態により１６個の放射器２００及び１６個の受光器３００を有するタッチスクリーン８００の図である図６を参照する。放射器２００は、タッチスクリーンの頂面を横切って赤外線又は近赤外線を放射し、これは、各放射器２００に直接対向する対応受光器３００によって検出される。ポインタは、タッチスクリーン８００にタッチすると、光が受光器３００の幾つかに到達するのを阻止する。受光器の出力から、どの光ビームがポインタにより遮られたか識別することにより、ポインタの位置を決定することができる。
【００６５】
図６のタッチスクリーン８００の図である図７−９を参照すれば、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つのポインタ９０１及び９０２の検出が示されている。２つ以上のポインタがスクリーンに同時にタッチしたとき、これを「マルチタッチ」と称する。スクリーンにタッチするポインタ９０１及び９０２は、光が受光器３００の幾つかに到達するのを阻止する。本発明の一実施形態によれば、ポインタ９０１及び９０２の位置は、そのポインタが遮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、一般的に、マルチタッチを検出することができない。
【００６６】
２つ以上のポインタが共通の水平又は垂直軸に沿ってスクリーン８００に同時にタッチすると、それらポインタの位置は、遮られた受光器３００により決定される。図７のポインタ９０１及び９０２は、共通の垂直軸に沿って整列され、そしてタッチスクリーン８００の底縁に沿った実質的に同じ受光器３００、即ちａ、ｂ、ｃ、ｄと示された受光器を遮る。タッチスクリーン８００の左縁に沿って、受光器３００の２つの異なるセットが遮られる。ポインタ９０１は、ｅ及びｆと示された受光器を遮り、そしてポインタ９０２は、ｇ及びｈと示された受光器を遮る。従って、２つのポインタは、２つの位置に置かれていると決定される。ポインタ９０１は、受光器ａ−ｄ並びに受光器ｅ及びｆから遮られる光ビームの交差点に位置するスクリーン座標を有し、そしてポインタ９０２は、受光器ａ−ｄ並びに受光器ｇ及びｈから遮られる光ビームの交差点に位置するスクリーン座標を有
【００６７】
図８及び９に示されたポインタ９０１及び９０２は、共通の水平又は垂直軸に沿って整列されておらず、異なる水平位置及び異なる垂直位置を有する。遮られた受光器ａ−ｈから、ポインタ９０１及び９０２が対角方向に互いに対向していると決定される。それらは、図８に示すように、タッチスクリーン８００の右上及び左下に各々タッチするか、或いは図９に示すように、タッチスクリーン８００の右下及び左上に各々タッチする。
【００６８】
図８と図９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一方のみに意味を関連付けるか、或いは（iii）遮られた受光器で検出された光の量を測定することにより解明される。ケース（ｉ）では、ＵＩがそのアイコンをアレンジするか、さもなければ、図８及び図９の両タッチパターンの作用が同じであるように構成される。例えば、タッチスクリーン８００の対角方向に対向する２つ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する。
【００６９】
ケース（ii）では、ＵＩがそのアイコンをアレンジするか、さもなければ、図８及び図９のタッチパターンの一方のみに意味が関連付けられるように構成される。例えば、タッチスクリーン８００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し、そしてタッチスクリーン８００の右下及び左上の角にタッチしても、何の意味もない。このケースでは、ＵＩは、図８が正しいタッチパターンであると区別する。
【００７０】
ケース（iii）では、受光器に接近した指は、受光器から離れた指よりも、光が受光器に到達するのをより多く遮る。その理由の一部分として、接近した指が、離れた指より、周囲光が受光器に到達するのをより多く遮るためである。受光器ｅ及びｆで検出される光の強度が、受光器ｇ及びｈで検出される光の強度と比較される。同様に、受光器ａ及びｂで検出される光の強度が、受光器ｃ及びｄで検出される光の強度と比較される。受光器ｅ及びｆ、並びに受光器ｃ及びｄで検出された光が、受光器ｇ及びｈ、並びに受光器ａ及びｂで検出された光より多い場合には、図８に示すように指が配置されていると推測される。同様に、受光器ｅ及びｆ、並びに受光器ｃ及びｄで検出された光が、受光器ｇ及びｈ、並びに受光器ａ及びｂで検出された光より少ない場合には、図９に示すように指が配置されていると推測される。この比較は、各縁に沿った各遮られる受光器を別々に加算又は平均化、ｅ＋ｆ対ｇ＋ｈ、及びａ＋ｂ対ｃ＋ｄ、することに基づく。或いは又、この比較は、２つの縁に沿った遮られた受光器を加算又は平均化することに基づき、即ち、値ａ＋ｂ＋ｅ＋ｆ、ａ＋ｂ＋ｇ＋ｈ、ｃ＋ｄ＋ｅ＋ｆ、及びｃ＋ｄ＋ｇ＋ｈの最大値及び最小値に基づいてもよい。最大値及び最小値は、指の位置を決定する。例えば、ｃ＋ｄ＋ｅ＋ｆが最大値で且つａ＋ｂ＋ｇ＋ｈが最小値である場合には、図８に示すように指が配置されていると推測される。
【００７１】
各和における受光器の数は、遮られた又は少なくとも一部分遮られた受光器のシーケンスに依存する。受光器の数は、シーケンスごとに異なってもよい。例えば、４つの受光器の和が６つの受光器の和と比較されてもよい。本発明の一実施形態においては、各シーケンスにおける最小受光値が使用される。最小受光値は、遮られた受光器のシーケンス内で最も遮られた受光器に対応するもので、遮る指が一連の受光器に接近していることの良好な指示子である。
【００７２】
対角方向を向いたマルチタッチの位置の決定は、放射器及び受光器のシフト整列配置を参照して以下に詳細に説明する。
【００７３】
本発明の一実施形態により２本指滑走移動を検出するタッチスクリーン８００の図である図１０及び１１を参照する。図１０及び１１に示す滑走移動は、ポインタ９０１及び９０２を互いに接近させる対角方向滑走である。滑走の方向は、受光器３００が遮られるところの変化から決定される。図１０及び１１に示すように、遮られる受光器は、ａ及びｂから、より右側の受光器３００へ、そしてｃ及びｄから、より左側の受光器３００へ変化する。同様に、遮られる受光器は、ｅ及びｆから、より下側の受光器３００へ、そしてｇ及びｈから、より上側の受光器３００へ変化する。ポインタ９０１及び９０２が離れるように移動する逆方向の滑走については、遮られる受光器が逆方向に変化する。
【００７４】
ポインタ９０１及び９０２が共通の垂直又は水平軸に整列されたときには、滑走パターンの識別に曖昧さはない。ポインタ９０１及び９０２が共通の垂直又は水平軸に整列されないときには、図１０及び１１に示すように、滑走パターンの識別に曖昧さが生じ得る。そのような曖昧さがある場合は、図８及び９を参照して上述したように、図１０と図１１との間の区別は、（ｉ）両滑走パターンに同じ意味を関連付けるか、又は（ii）２つの滑走パターンの一方のみに意味を関連付けるか、或いは（iii）遮られた受光器で検出された光の量を測定及び比較することにより解明される。
【００７５】
両滑走パターンに同じ意味を関連付けることは、ユーザがスクリーン上に２本の指を置きそしてスクリーンの対角方向に沿って指を広げるピンチズームジェスチャーで遂行される。そのようなジェスチャーは、スクリーン上に表示されるグラフィックの倍率を高めるためにズームイン動作をアクチベートする。そのようなジェスチャーは、ピンチズームが左上から右下へ対角方向に沿って行われるか右上から左下へ対角方向に沿って行われるかに関わらず、同じ意味を有する。
【００７６】
ズームアウトジェスチャーにも同様の考えが適用され、ユーザは、スクリーン上に表示されるグラフィックの倍率を下げるために、スクリーン上に２本の指を置きそしてスクリーンの対角方向に沿って指を接近させる。このジェスチャーも、スクリーンのどちらの対角方向に沿ってジェスチャーを行うかに関わらず同じ意味を有する。
【００７７】
本発明の一実施形態による図６のタッチスクリーン８００の回路図である図１２を参照する。放射器及び受光器は、コントローラ（図示せず）によりコントロールされる。放射器は、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を通して電流を受け取る。受光器は、シフトレジスタ７３０から各信号ＰＤ００−ＰＤ１５を受信する。受光器の出力は、信号ＰＤＲＯＷ及びＰＤＣＯＬを経てコントローラへ送られる。スイッチＡ及び電流リミッタＢのコントローラの動作は、２００９年２月１５日に出願された“LIGHT-BASED TOUCH SCREEN”と題する本出願人の同時係争中の米国特許出願第１２／３７１，６０９号に説明されており、この出願の内容は、参考としてここに援用される。
【００７８】
本発明の一実施形態によれば、放射器は、シフトレジスタ７２０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コントロールされる。バイナリストリングの各ビットは、放射器の１つに対応し、そしてその対応する放射器をアクチベートすべきかデアクチベートすべきか指示する。ここで、ビット値“１”は、アクチベーションを指示し、そしてビット値“０”は、デアクチベーションを指示する。シフトレジスタ７２０内のビットストリングをシフトすることにより次々の放出器がアクチベートされ及びデアクチベートされる。
【００７９】
同様に、受光器は、シフトレジスタ７３０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コントロールされる。シフトレジスタ７３０内のビットストリングをシフトすることにより次々の受光器がアクチベート及びデアクチベートされる。シフトレジスタ７２０及び７３０の動作は、２００９年２月１５日に出願された“LIGHT-BASED TOUCH SCREEN”と題する本出願人の同時係争中の米国特許出願第１２／３７１，６０９号に説明されており、この出願の内容は、参考としてここに援用される。
【００８０】
本発明の一実施形態による光ベースのタッチスクリーンシステムの簡単な図である図１３を参照する。図１３のタッチスクリーンは、上に横たわることを必要としない。むしろ、小さなフレーム４０７がディスプレイを取り巻き、放射器２００及び受光器がスクリーンの対向する辺に配置されそして赤外線透過ベゼルの後方に隠される。指又はスタイラスのようなポインタが特定エリア９０５においてスクリーンにタッチすると、放射器２００により発生された１つ以上の光ビームが遮断される。その遮断された光ビームは、１つ以上の受光器により受光される光の対応的減少により検出され、これを使用してポインタの位置を決定する。
【００８１】
本発明の一実施形態による図１３のタッチスクリーンシステムの簡単な断面図である図１４を参照する。図１４には、ＬＣＤディスプレイ６００の断面Ａ−Ａ及びそれを取り巻く赤外線透過フレーム４０７の断面図が示されている。この断面図に示すように、放射器２００は、光１００を放射し、これは、フレーム４０７の切欠部４０８により反射され、そしてディスプレイ表面上に実質的に平行に向けられる。指９００がディスプレイ表面付近に接近するとき、放射器により放射されて、近タッチ(near touch)の位置の上に向けられる光の若干１０１が指で遮られ、そして光の若干１０２が指先とスクリーンガラスとの間を通過する。指９００がディスプレイ表面にタッチすると、放射器により放射されそしてタッチ位置の上に向けられる全ての光が指９００により遮られる。
【００８２】
タッチスクリーンシステムの構成No.１
本発明の一実施形態により、センサ要素より小さなポインタをタッチスクリーンシステムで読み取れるようにする放射器、受光器及び光学的要素の配列を簡単に示す図１５を参照する。図１５には、ミラー又は光学レンズ４００、放射器２００、広い反射光ビーム１０５、ポインタ９００、及び受光器３００が示されている。ミラー又は光学レンズ４００は、広い光ビームを発生し、これは、第２のミラー又は光学レンズにより受光器３００に収束される。広いビームは、ポインタが広いビームの一部分を遮るときに受光器３００で検出される光の量の相似変化を感知できるようにする。広いビームは、ポインタ９００がミラー又はレンズ４００の前方に配置されたときに相似変化を感知できるようにする。従って、図１５のポインタ９００は、広いビーム１０５の一部分だけを遮る。又、広いビームは、放射器を互いに離れてマウントできるようにすると共に、受光器も互いに離れてマウントできるようにする。その結果、これは、必要な放射器及び受光器を少なくすることにより材料経費を減少する。
【００８３】
本発明の一実施形態により、とりわけスタイラスを含めて、センサ要素より小さなポインタをタッチスクリーンシステムが検出できるようにする放射器、受光器及び光学的要素の配列を簡単に示す図１６を参照する。図１６には、ミラー又は光学的レンズ４００、放射器２００、広い反射光ビーム１０５、ポインタ９００、及び受光器３００が示されている。ミラー又は光学的レンズ４００は、広い光ビームを発生し、これは、第２のミラー又は光学的レンズにより受光器３００へ収束される。広いビームは、ポインタ９００が広いビームの一部分を遮るとき、特に、ポインタ９００がミラー又はレンズ４００の前方に配置されたとき、受光器３００で受光される光の量の相似変化を感知できるようにする。ポインタ９００は、図１６に示すように、ポインタ９００の先端で遮られたビーム１０６で指示された広いビーム１０５の一部分しか遮らない。又、広いビームは、放射器を互いに離れてマウントできるようにすると共に、受光器も互いに離れてマウントできるようにする。ひいては、これは、必要な放射器及び受光器を少なくすることにより材料経費を減少する。
【００８４】
広いビームがないと、一般的にビーム間のスペースが検出されないことになり、ユーザがビームを横切って尖端スタイラスをドラグすることと、ユーザが尖端スタイラスで異なるビームをタップすることを区別することができない。更に、広い間隔の細いビームでは、細いビームに交差するためにポインタのタッチが非常に正確でなければならない。
【００８５】
本発明の一実施形態により、広い光ビームがスクリーンを覆うようなタッチスクリーンの簡単な図である図１７を参照する。広いビームを使用するタッチスクリーンシステムは、２０１０年３月２４日に出願された“OPTICAL TOUCH SCREEN WITH WIDE BEAM TRANSMITTERS AND RECEIVERS”と題する本出願人のプロビジョナル米国特許出願第６１／３１７，２５５号に説明されており、この出願の内容は、参考としてここに援用される。
【００８６】
図１７に示す放射器及び受光器は、比較的広い間隔で置かれる。一般的に、放射器は、同時にアクチベートされない。むしろ、それらは順次にアクチベートされ、そして光ビームのカバレージエリアが実質的に接続される。
【００８７】
図１７は、タッチスクリーン又はタッチ面８００を有するタッチシステムの上面図及び側面図である。タッチシステムは、表面がディスプレイスクリーンを含むかどうかに関わらず表面に対するタッチ感知機能を与える。更に、物理的な表面は要求されず、光ビームは、空中を通して投影され、そして光ビームを遮断する空中のポインタの位置が検出される。
【００８８】
又、図１７には、放射器２００と、反射器４３７及び４３８と、計算ユニット７７０に結合された受光器３００とが示されている。放射器２００及び受光器３００は、スクリーン８００の下に配置される。放射器２００は、スクリーン８００の下の光の弧１４２を反射器４３７へ投影する。放射器２００と反射器４３７との間の距離は、弧が反射器４３７において広いビームへと広がるのに充分なものである。本発明の種々の実施形態において、放射器２００と反射器４３７との間の距離は、とりわけ、スクリーンサイズ、要求されるタッチ解像度、放射器特性、及び光学的反射特性を含むファクタに基づき、約４ｍｍ、１０ｍｍ、２０ｍｍ又はそれ以上である。
【００８９】
反射器４３７は、広いビーム１４４がスクリーン面の帯を横切るときに光をコリメートする。広いビーム１４４は、反射器４３８に到達し、これは、（ｉ）光ビームをスクリーン８００の下に向け直し、そして（ii）広いビーム１４４を弧１４３へと細くする。従って、広いビーム１４４は、スクリーン８００の表面の下で受光器３００の１つの表面へと収斂する。各受光器３００により検出される光の強度は、計算ユニット７７０へ通信される。
【００９０】
図１７の構成は、広い光ビームが全スクリーン表面を覆い、従って、スクリーン上のどこでもタッチ感知機能を可能にするという点で効果がある。更に、必要な放射器及び受光器コンポーネントが比較的僅かになるので、タッチスクリーンの材料経費が減少される。
【００９１】
タッチスクリーンシステムの構成No.２
構成２−５は、複数の放射器−受光器対を使用して、タッチ位置を正確に識別する。上述した幾つかの構成では、放射器及び受光器の対向行があり、各放射器は、各受光器に対向している。構成２−５では、放射器が受光器にシフト整列される。例えば、各放射器は、２つの対向する受光器間の中間点に対向して配置される。或いは又、各放射器は、２つの受光器間の中間点に対向することなく、対向する受光器と軸ずれ整列されてもよい。
【００９２】
本発明の実施形態は、２つの形式のコリメートレンズ、即ち（ｉ）従来のコリメートレンズ、及び（ii）光を屈折して複数の広い発散ビームを形成するマイクロレンズの表面に結合されたコリメートレンズ、を使用する。本明細書全体にわたって使用される「コリメートレンズ」という語は、両形式のレンズを含む。光源が従来のコリメートレンズの焦点に配置されたときには、とりわけ、図１５−１７に示すように、レンズは、実質的に平行なビームにおいて光を出力する。光源が従来のコリメートレンズとその焦点との間に配置されたときには、とりわけ、図２３−２６に示すように、レンズは、外縁が互いに平行でない広いビームを出力する。
【００９３】
本発明の一実施形態により、光放射器と協働するコリメートレンズを簡単に示す図１８を参照する。図１８の（Ａ）には、フラットな透明ガラス５２４に光ビーム１９０を透過させる光放射器２００が示されている。ビーム１９０は、ガラスにより変更されない。
【００９４】
又、図１８の（Ｂ）には、コリメートレンズ５２５の焦点に配置された放射器が示されている。ビーム１９０は、レンズ５２５によりコリメートされる。
【００９５】
又、図１８の（Ｃ）には、コリメートレンズ５２５とレンズの焦点との間に配置された放射器２００が示されている。ビーム１９０は、レンズ５２５により部分的にコリメートされ、即ち出力の広いビームは、完全に平行ではない。
【００９６】
本発明の一実施形態により受光器と協働するコリメートレンズを簡単に示す図１９を参照する。図１９の（Ａ）には、フラットな透明ガラス５２４を透過する実質的に平行な光ビーム１９１が示されている。ビーム１９１は、ガラスにより変更されない。
【００９７】
図１９の（Ｂ）には、コリメートレンズ５２５の焦点に配置された受光器３００が示されている。ビーム１９１は、コリメートレンズ５２５により受光器３００へと屈折される。
【００９８】
又、図１９の（Ｃ）には、コリメートレンズ５２５とレンズの焦点との間に配置された受光器３００が示されている。ビーム１９１は、レンズ５２５によりコリメートされるが、受光器３００がレンズの焦点にないので、ビームは、そこに収斂しない。
【００９９】
放射器又は受光器から離れる方を向いたマイクロレンズの外面に結合されたコリメートレンズは、２段階で光を透過する。光がレンズ本体を通過するとき、光ビームは、従来のコリメートレンズと同様にコリメートされる。しかしながら、光がマイクロレンズの表面を通過するとき、光は、とりわけ、図３０、３１及び３３−３５に示すように、複数の広い発散ビームへと屈折される。図３４及び３５には、マイクロレンズ表面４４４を有するコリメートレンズ４３９及び４４０が示されている。図３４において、光放射器２０１及び２０２は、コリメートレンズ４３９及び４４０の焦点距離内に位置され、そして放射器からの広い光ビームは、レンズ４３９及び４４０に入るように示されている。従来のコリメートレンズと同様に、光は、レンズを通過するときにコリメートされる。コリメートされた光は、マイクロレンズの表面４４４を通過するとき、図３０に３本が示された複数の広い発散ビームへと屈折する。図３５において、受光器３０１及び３０２は、コリメートレンズの焦点距離内に配置され、そして光ビームは、マイクロレンズの表面４４４を通してレンズ４３９及び４４０へ入るように示されている。到来するビームは、レンズ本体内で広い発散ビームへと屈折される。屈折されたビームは、受光器３０１及び３０２へとビームを集中させるレンズ４３９及び４４０のコリメート部分により指向される。
【０１００】
本発明の一実施形態により、放射器を向いたマイクロレンズの表面を有するコリメートレンズを簡単に示す図２０を参照する。図２０の（Ａ）は、放射器２００を向いた表面にエッチングされたマイクロレンズを有するフラットなガラス５２６を示している。光ビーム１９０は、種々の角度でガラス５２６に入る。各入口点において、マイクロレンズは、到来するビームを広い弧１９２へと屈折する。線１８３は、ビームがガラス５２６へ接近する角度に基づいて各弧の中間部がどのように異なる方向を向くか示している。
【０１０１】
又、図２０の（Ｂ）は、放射器２００を向いた表面にエッチングされたマイクロレンズを有するコリメートレンズ５２７を示している。マイクロレンズをもたないレンズの焦点が決定され、そして放射器２００は、その点に配置される。光ビーム１９０は、種々の角度でコリメートレンズ５２７に入る。各入口点において、マイクロレンズは、到来するビームを広い弧１９２へと屈折する。線１８４は、ビームがコリメートレンズ５２７へ接近する角度に関わらず、各弧の中間部がどのように同じ方向を向くか示している。この形式のレンズは、平行ビームではなく、光の弧を出力するが、全ての弧が実質的に均一に指向されるので、「多方向性コリメートレンズ」と称される。
【０１０２】
又、図２０の（Ｃ）は、同じコリメートレンズ５２７を示すが、放射器２００は、レンズと焦点との間に配置される。出力弧１９２は、線１８５で示した、（Ａ）の弧と（Ｂ）の弧との間の方向に向けられる。
【０１０３】
本発明の一実施形態により、受光器を向いたマイクロレンズの表面を有するコリメートレンズを簡単に示す図２１を参照する。図２１の（Ａ）は、受光器３００を向いた表面にエッチングされたマイクロレンズを有するフラットなガラス５２６を示す。光ビーム１９１は、平行ビームとしてガラス５２６に入るように示されている。各出口点において、マイクロレンズは、ビームを広い弧１９２へと屈折させる。線１８６は、各弧の中間部がどのように同じ方向を向くか示している。弧は、受光器３００に収斂しない。
【０１０４】
又、図２１の（Ｂ）は、受光器３００を向いた表面にエッチングされたマイクロレンズを有する多方向性コリメートレンズ５２７を示す。マイクロレンズをもたないレンズの焦点が決定され、そして受光器３００は、その点に配置される。光ビーム１９１は、実質的に平行なビームとしてレンズ５２７に入る。各出口点において、マイクロレンズは、到来するビームを広い弧１９２へと屈折させる。線１８７は、各弧の中間部がどのように同じ方向を向くか示している。
【０１０５】
図２１の（Ｃ）は、同じレンズ５２７を示すが、受光器３００は、レンズと焦点との間に配置されている。出力弧は、（Ａ）の弧と（Ｂ）の弧との間の方向に向けられる。
【０１０６】
本明細書を通じて使用される「コリメートレンズ」という語は、多方向性コリメートレンズを含む。
【０１０７】
本発明の一実施形態による広ビームタッチスクリーンを伴う電子装置の簡単な図である図２２を参照する。図２２には、２つの放射器２０１及び２０２と、３つの受光器３０１、３０２及び３０３とを伴う電子装置８２６が示されており、放射器及び受光器は、ディスプレイ６３６の対向縁に沿って配置される。受光器３０１、３０２及び３０３の各々において検出された光強度は、計算ユニット７７０へ通信される。各放射器及び受光器は、各々、４４１、４４２、４４３、４３９及び４４０と示された各一次レンズを使用する。放射器及び受光器は、放射器により放射されて放射器レンズによって向け直された光が、対向するレンズにより受光器へと逆に向けられるよう保証するために、同じレンズ配列体を使用する。
【０１０８】
各放射器からの光ビームは、２つの対向する受光器レンズを覆うことが望ましい。そのような状態は、各放射器をそのレンズとレンズの焦点との間に位置させることにより達成される。従って、放射器は、その焦点になく、その結果、その光は、そのレンズによりコリメートされるのではなく、拡散される。各受光器も、同様に、そのレンズとそのレンズの焦点との間に位置される。
【０１０９】
本発明の一実施形態に基づき、２つの受光器により検出される１つの放射器からの重畳する光ビームを示す、図２２の電子装置８２６の図である図２３を参照する。図２３には、放射器２０１からの２本の広いビームが示されており、その１本は、受光器３０１において検出され、そしてもう１本は、受光器３０２において検出される。一方のビームの左側及び右側は、各々、１４５及び１４６で示され、そして他方のビームの左側及び右側は、各々、１４７及び１４８で示されている。図２３の陰影付けされたエリアは、両方の広いビームの一部分をタッチで遮るディスプレイ６３６上のエリアを指示する。従って、このエリアにおけるタッチは、２つの放射器−受光器対、即ち２０１−３０１及び２０１−３０２によって検出される。
【０１１０】
本発明の一実施形態に基づき、１つの受光器により検出される２つの放射器からの重畳する光ビームを示す、図２２の電子装置８２６の図である図２４を参照する。図２４には、一方は放射器２０１から及び他方は放射器２０２からのもので、両方とも受光器３０２で検出される広いビームが示されている。一方のビームの左側及び右側は、各々、１４５及び１４６で示され、そして他方のビームの左側及び右側は、各々、１４７及び１４８で示されている。図２４の陰影付けされたエリアは、両方の広いビームの一部分をタッチで遮るディスプレイ６３６上のエリアを指示する。従って、このエリアにおけるタッチは、２つの放射器−受光器対、即ち２０１−３０２及び２０２−３０２によって検出される。
【０１１１】
本発明の一実施形態により、少なくとも２つの放射器−受光器対によりスクリーン上の点が検出されることを示す、図２２の電子装置８２６の図である図２５を参照する。図２５は、図２３及び２４の広いビームを示すと共に、ディスプレイ６３６上の陰影付けされた楔状部におけるタッチが少なくとも２つの放射器−受光器対により検出されることを示している。２つの放射器−受光器対は、図２３のように、２つの受光器を伴う１つの放射器であるか、又は図２４のように、１つの受光器を伴う２つの放射器である。より詳細には、放射器の行の付近で生じるタッチは、一般的に、前者によって検出され、そして検出器の行の付近で生じるタッチは、一般的に、後者によって検出される。同様に配列された放射器、レンズ及び受光器でスクリーンを取り巻くことにより、いかなる点も、２つの放射器−受光器対により同様に検出される。
【０１１２】
本発明の一実施形態により光信号の強度分布を示す広ビームタッチスクリーンの簡単な図である図２６を参照する。図２６には、放射器２０１によりレンズ４３９へ放射される広角光ビームが示されている。光ビームは、ディスプレイ６３６上を横断して、実質的にレンズ４４１及び４４２に広がる。光は、受光器３０１及び３０２において検出される。
【０１１３】
図２６には、検出された光強度のグラフが示されている。合計検出光は、グラフの下の陰影付けされたエリアに対応する。スクリーンにタッチする物体は、この光の一部分を遮る。スクリーンにタッチする物体が広いビームを横切って左から右へ移動する場合に、その物体がビームの左縁からビームの中心へ進むにつれて、遮られる光の量が増加し、対応的に、合計検出光が減少する。同様に、物体がビームの中心からビームの右縁へ進むにつれて、遮られる光の量が減少し、対応的に、合計検出光が増加する。
【０１１４】
光ビームの縁における検出光強度は、厳密に正であり、従って、これらの縁におけるタッチが検出されることを保証することに注意されたい。
【０１１５】
本発明の一実施形態により、２つの放射器からの重畳する光信号の強度分布を示す広ビームタッチスクリーンの簡単な図である図２７を参照する。図２７は、放射器２０１及び２０２から検出される光を示す。ディスプレイ６３６上のタッチ点９８０は、これら放射器からの光を異なる仕方で遮る。エリア９７３は、点９８０による放射器２０１からの光の減衰を指示し、そしてエリア９７３及び９７４の結合は、点９８０による放射器２０２からの光の減衰に対応する。２つの放射器−受光器対２０１−３０２及び２０２−３０２の光減衰を比較することにより、正確なタッチ座標が決定される。
【０１１６】
本発明の一実施形態により、１つの放射器からの２セットの重畳する光信号の強度分布を示す広ビームタッチスクリーンの簡単な図である図２８を参照する。図２８に示すように、タッチ点９８０は、放射器−受光器対２０１−３０１及び放射器−受光器対２０１−３０２により検出されるエリアの内側である。エリア９７６として描かれた受光器３０２における光信号の減衰は、エリア９７５として描かれた受光器３０１における減衰より大きい。２つの放射器−受光器対２０１−３０１及び２０１−３０２における光減衰を比較することにより、正確なタッチ座標が決定される。
【０１１７】
タッチ点９８０の位置を決定するには、放射器が配置される縁に平行な軸、例えば、ｘ軸、及びその縁に垂直な軸、例えば、ｙ軸、に沿った位置を決定することが要求される。本発明の一実施形態によれば、おおよそのｙ座標が最初に決定され、次いで、そのように決定されたｙ座標を有する点に対して予想される減衰値、及び実際の減衰値に基づいて、正確なｘ座標が決定される。次いで、このように決定されたｘ座標を使用して、正確なｙ座標を決定する。タッチ点９８０が静止又は移動状態でスクリーンに既にタッチしている場合には、タッチ点の以前のｘ及びｙ座標が、その後のｘ及びｙ座標に対する近似値として使用される。或いは又、１つの以前の座標のみを使用して、第１のその後の座標を計算し、第２のその後の座標は、その第１のその後の座標に基づいて計算される。或いは又、以前の座標は、使用されない。
【０１１８】
本発明の一実施形態により、マイクロレンズパターンをもたない放射器及び受光器レンズを伴う広ビームタッチスクリーンの簡単な図である図２９を参照する。図２９には、ディスプレイ６３６、放射器２０１及び２０２、それに対応する放射器レンズ４３９及び４４０、受光器３０１、３０２及び３０３、それに対応する受光器レンズ４４１、４４２及び４４３を伴う電子装置８２６が示されている。各放射器２０１及び２０２からの２本の光ビーム１５１及び１５２は、レンズ４４２の外縁に位置する点９７７に到達する。ビーム１５１及び１５２は、異なる入射角で点９７７に接近するので、それらは、受光器３０２に収斂しない。特に、光ビーム１５２は、受光器３０２に到達し、そして光ビーム１５１は、受光器３０２に到達しない。
【０１１９】
非収斂性を矯正するために、レンズの表面に沿った多数の点においてマイクロレンズの微細パターンが受光器レンズと一体化される。マイクロレンズは、各マイクロレンズに到達する光の一部分が受光器に到達するように到来光を分配する。この点に関して、本発明の一実施形態により、マイクロレンズパターンを有する放射器及び受光器レンズを伴う広ビームタッチスクリーンの簡単な図である図３０及び３１を参照する。図３０は、ビームの一部分が受光器３０２に到達することを保証するように、到来ビーム１５１が位置９７７においてマイクロレンズにより角度θにわたって拡散されることを示している。図３１は、ビームの一部分が受光器３０２に到達することを保証するように、到来ビーム１５２も位置９７７において同じマイクロレンズにより角度Ψにわたって拡散されることを示している。各受光器レンズに沿った多数の位置にマイクロレンズを配列することにより、異なる角度からそれらの位置に入る光ビームが全て受光器により検出される。検出された光強度は、受光器に結合された計算ユニット７７０に通信される。
【０１２０】
本発明の一実施形態により、マイクロレンズパターンをもたない放射器及び受光器レンズを伴う広ビームタッチスクリーンの簡単な図である図３２を参照する。図３２には、ディスプレイ６３６、放射器２０１及び２０２、それに対応する放射器レンズ４３９及び４４０、受光器３０１、３０２及び３０３、それに対応する受光器レンズ４４１、４４２及び４４３を伴う電子装置８２６が示されている。放射器２０１により放射されて各受光器３０１及び３０２によって検出される２本の光ビームは、タッチ点９８０の正確な位置を決定するために必要とされる。しかしながら、マイクロレンズパターンをもたないレンズ４３９は、点９８０に交差するビームを受光器３０１へ屈折させることができない。即ち、図３２を参照すれば、レンズ４３９は、図示されたようにビーム１５３を屈折させることができない。点９８０に交差する、１５４として示されたビームだけが検出される。
【０１２１】
この検出問題を矯正するため、レンズの表面に沿った多数の点においてマイクロレンズが放射器レンズと一体化される。マイクロレンズは、光の一部分が望ましい受光器に到達するように出て行く光を分配する。この点に関して、本発明の一実施形態により、マイクロレンズパターンを有する放射器及び受光器レンズを伴う広ビームタッチスクリーンの簡単な図である図３３を参照する。図３３は、マイクロレンズ位置９８２から出る光の一部分が複数の受光器に到達することを示している。従って、点９８０におけるタッチは、受光器３０１及び３０２により検出される。図３２及び３３から、点９８０を通過するビームは、異なる位置９８１及び９８２においてマイクロレンズにより発生されることに注意されたい。図３２及び３３の受光器により検出される光強度値は、計算ユニット７７０へ通信される。
【０１２２】
従って、放射器及び受光器レンズと一体化されるマイクロレンズパターンは、検出される多数の重畳する光ビームを発生する。タッチスクリーン上の各点は、同じ放射器レンズ上にあってもよい複数のマイクロレンズからの複数の光ビームによって横断される。マイクロレンズは、複数の光ビームが望ましい受光器に到達することを保証する。本発明の一実施形態により、マイクロレンズパターン４４４が一体化された各レンズ４３９及び４４０を伴う２つの放射器２０１及び２０２の簡単な図である図３４を参照する。又、本発明の一実施形態により、マイクロレンズパターン４４４が一体化された各レンズ４３９及び４４０を伴う２つの受光器３０１及び３０２の簡単な図である図３５も参照する。
【０１２３】
あるケースでは、放射器及び受信器レンズの最も外側の面にマイクロレンズをもつことを回避するのが効果的である。最も外側の面はユーザに見えるので、目に見える面が滑らかに見えるようにするためには、これらの面にマイクロレンズをもたせるのは、審美性の低下となる。更に、最も外側の面は、かき傷を受けたり埃やゴミの蓄積を受けたりして、マイクロレンズの性能を低下させる。従って、本発明の実施形態では、図３６、３７及び４０に示すように、マイクロレンズは、ユーザに露出されない表面に一体化される。
【０１２４】
本発明の一実施形態により、ディスプレイ及び外部ケースを伴う電子装置の環境における単一ユニット光ガイドの簡単な側面図である図３６を参照する。図３６には、ディスプレイスクリーン６３７、スクリーン６３７の上の外部ケース８２７、及びスクリーン６３７の下の放射器２００を伴う電子装置の一部分が切り取られて示されている。光ガイド４５０は、光ビーム１００を受光し、そしてそれをスクリーン６３７上に反射し、検出のためにスクリーン６３７の表面を横切って光ビームが進むようにする。光ガイド４５０は、光ビーム１００をスクリーン６３７の表面上に投影するために内部反射面４５１及び４５２を含む。光ガイド４５０の区分４４５は、光ビームを受光したときにそれをコリメートするための一次レンズとして働く。太線で示された、放射器２００を向いた区分４４５の表面には、マイクロレンズのパターンがエッチングされている。従って、マイクロレンズは、ユーザに見えず、ダメージやゴミから保護される。
【０１２５】
区分４４５の表面は、放射器２００から到来する光ビーム１００を散乱させるために羽毛パターンを有する。反射面４５１及び４５２は、光ビーム１００を反射させる。反射面４５１は、凹状であり、そして反射面４５２は、到来する光ビーム１００に対して４５°の角度に向けられたフラットな反射器である。
【０１２６】
光ビーム１００は、フラットな表面４５３を通して光ガイド４５０を出る。表面４５４は、光ガイド４５０を外部ケース８２７に接続するように働く。表面４５４は、タッチシステムにより使用されるアクティブな光ビームの平面の上に位置され、そして審美的な目的で傾斜される。
【０１２７】
表面４５２の反射特性は、埃やゴミが表面４５２に堆積しないことを要求すると共に、とりわけ、金属又はプラスチックで作られる外部ケースが表面４５２に接触しないことを要求し、さもなければ、表面４５２の反射性が損なわれることがある。従って、外部ケース８２７は、表面４５２の上に配置されて、表面４５２を埃やゴミから保護し、又、外部ケース８２７は、表面４５２と平らにされず、ケース材料が表面４５２にタッチしないようにする。フラットな反射器は、到来する光ビームに対して４５°の角度にされるので、表面４５２は、ディスプレイ６３７の上面の上に配置される。従って、光ガイド４５０のためのディスプレイ６３７上の装置高さＨ３は、表面４５２の高さＨ１と、外部ケース８２７の高さＨ２との和である。
【０１２８】
受光側では、４５０と同様の光ガイドを使用して、スクリーン６３７上を送光される光ビーム１００を受光し、そしてそれを、対応する１つ以上の受光器に向ける。従って、光ビームは、表面４５３において光ガイド４５０に入り、表面４５２、次いで、表面４５１により再指向され、そして区分４４５のマイクロレンズパターン化表面を通して１つ以上の受光器へと出る。受光側では、区分４４５の表面は、上述したように、光ビームを散乱させるパターンを有する。
【０１２９】
本発明の一実施形態により、表面に羽毛パターンが適用されたレンズを２つの異なる角度から見た簡単な側面図である図３７を参照する。図３７には、内部反射面４５６、内部コリメートレンズ４５７、及びエッチングされたマイクロレンズ４５８を有する光ガイド４５５が示されている。レンズ４５７において光ガイド４５５に入る光ビーム１０１は、表面４５９を通り光ビーム１０５として光ガイドを出る。
【０１３０】
スクリーンを横断したビームを受け取ってそれを受光器へ収束させるために同様の光ガイドが使用される。このケースでは、光ビームが表面４５９に入り、内部反射区分４５６によりスクリーン表面の下に反射され、コリメートレンズ４５７により受光器へ再収束され、そしてマイクロレンズ４５８により再分配される。一般的に、受光側では、送光側で指向されたのとは逆に光ビームを指向するために、同じレンズ及びマイクロレンズが放射器及び検出器と共に使用される。
【０１３１】
コリメートレンズ４５７は、図３７の下部に示したように、丸み付けされた底縁を有する。放射器側で到来光を適切に屈折するために、マイクロレンズ４５８は、図３７の下部及び図３８に示すように、扇のように広がる羽毛パターンで形成される。
【０１３２】
本発明の一実施形態による広ビームタッチスクリーンの一部分の簡単な図である図３８を参照する。羽毛パターン４６０がレンズ４６１の表面に適用されて示されている。広いビーム１５８を放射する放射器２００には同様の隣接レンズが関連付けられる。
【０１３３】
本発明の一実施形態によりレンズにエッチングされたマイクロレンズに入ったり出たりする光ビームの簡単な上面図である図３９を参照する。図３９では、実質的にコリメートされた光ビーム１０１がマイクロレンズ４６２に入りそして光ビーム１０２へと屈折されるように示されており、各マイクロレンズは、広い角度にわたって広いビームを拡散する光源として働く。
【０１３４】
タッチスクリーンシステム構成No.３
構成No.２のマイクロレンズの製造において多数の挑戦が起こる。１つの挑戦は、マイクロレンズの扇状の羽毛パターンを正確に形成することが困難なことである。むしろ、扇／羽毛パターンに代わって、互いに平行に配列されたマイクロレンズを使用することが望ましい。
【０１３５】
第２の挑戦は、構成No.２の光ガイドを製造するのに使用される型に関する。図３６を参照すれば、放射器２００を向いた区分４４５の外面が垂直であって、区分４４５の前面が光ガイド４５０のまっすぐな後面部分と平行になるのが望ましい。しかしながら、厳密な平行面を製造するのは困難である。更に、光ガイド４５０の底部を広くすべき場合には、型から容易に取り出すことができない。従って、２つの表面は、一般的に、楔を形成し、そして放射器２００を向いた区分４４５の表面は、完全に垂直ではない。これを補償するために、マイクロレンズは、到来する光ビームの平面に垂直となるように配置される。
【０１３６】
第３の挑戦は、最適な性能のために、マイクロレンズをそれに対応する放射器又は受光器に対して正確に位置付けねばならないという制約である。そのような位置付けのための公差は小さい。従って、光ガイドの区分４４５を、それが正確に位置付けられるように分離し、そして光ガイドの残りの部分については、アッセンブリ中に要求されるか又は電子装置のトラウマのための移動に対する頑健性のために要求されるより大きな公差を許すのが望ましい。
【０１３７】
図４０−４２及び４８に示す構成No.３は、これらの挑戦及び他の挑戦を克服するために役立つ。
【０１３８】
本発明の一実施形態により、ディスプレイ６３７及び外部ケース８２７を有する電子装置の環境における二重ユニット光ガイドの簡単な側面図である図４０を参照する。図４０には、図３６と同様であるが、光ガイド４５０が上部４６３と下部４６４とに分割された構成が示されている。マイクロレンズは、下部４６４の上面４６６に配置される。従って、マイクロレンズは、光ガイド４６４のコリメートレンズ部分に埋められない。
【０１３９】
構成No.２では、コリメートレンズのカーブした形状のために、そこにエッチングされるマイクロレンズに対して扇／羽毛パターンが必要とされた。対照的に、構成No.３では、マイクロレンズが長方形表面４６６にエッチングされ、そして平行な行として配列される。このような平行な配列は、ここでは、「管状配列」と称され、図４２に示されている。特に、平行な一連のマイクロレンズ４６７が、図４２において、光ガイド４６４の上面に沿って示されている。
【０１４０】
構成No.３の効果は、光ガイドのフラットな上面が、スクリーン表面とできるだけ平行に近くなるように成形されることである。というのは、型が光ガイド４６４の頂部から持ち上がった１つのフラットな表面だからである。更に、構成No.３では、光ガイドの部分４６４のみは、位置付けのための公差要求が低い。部分４６３は、公差要求がより高い。というのは、その表面が要素の焦点に配置されないからである。
【０１４１】
図４０に示すように、放射器２００により放射された光ビーム１００は、表面４６５において光ガイドユニット４６４に入り、反射面４５１により表面４６６を通して光ガイドユニット４６３へと反射される。光ガイドユニット４６３内では、光ビーム１００は、表面４５２によって反射され、そしてディスプレイ６３７上の表面４５３を通して出る。
【０１４２】
図４０に示すように、ディスプレイ６３７上の光ガイドにより追加される高さＨ３は、内部反射面４５２の高さＨ１と、外部ケース８２７の厚みの高さＨ２との和である。
【０１４３】
本発明の一実施形態により、ＰＣＢ７００及び外部ケース８２７を有する電子装置の環境における光ガイドユニット４６３及び４６４を示す図である図４１を参照する。光ガイドユニット４６４の上面における管状パターンは、微細なパターンである。このパターンで光ビームを正しく分配するために、光ガイド４６４は、各ＬＥＤ又はＰＤに対して正確に配置される。対照的に、光ガイドユニット４６３は、フラットな反射面を有し、従って、そのような正確な配置を要求しない。図４０は、光ガイドユニット４６３及び４６４の相対的な位置付けを示す。この整列は、距離５２３により表され、公差は、１ｍｍまでである。距離５２２は、光ガイドユニット間の高さを表わす。
【０１４４】
本発明の一実施形態による図４１の光ガイドユニット４６３及び４６４の上面図である図４２を参照する。管状パターン４６７は、光ガイドユニット４６４の上面に現れる。
【０１４５】
タッチスクリーンシステム構成No.４
構成No.４は、ディスプレイ上の光ガイドの高さを減少する反射光ガイド及びレンズを使用する。構成No.４の反射光ガイド及びレンズは、構成No.２の羽毛パターンレンズ及び構成No.３の管状パターンレンズに使用するのに適している。多くの電子装置は、装置の縁と平らになるディスプレイ表面で設計される。これは、多くの場合に、審美的な特徴であり、従って、光学的タッチスクリーンを電子装置と一体化するときには、持ち上がったリムを最小とし又は排除することが望まれる。目立つリムを見え難くすることで、装置の外面がより滑らかで、より平らになる。
【０１４６】
更に、光学的タッチスクリーンにおいて、持ち上がったリムは、ディスプレイの縁を越えて、ディスプレイの周囲のある巾を占有する。多くの電子装置は、装置の縁へとシームレスに延びるディスプレイ表面で設計される。これは、多くの場合に、審美的な特徴であり、従って、光学的タッチスクリーンを電子装置と一体化するときは、持ち上がった反射性リムを、それがディスプレイのシームレスな延長部として見えるように設計することが望ましい。
【０１４７】
構成No.４は、ベゼルの高さを減少し、そしてディスプレイの縁と装置の外側境界との間にシームレスな移行を与えて、より魅力のある審美的設計とすることで、これらの目的を果たす。構成No.４の光ガイドは、細長い丸い縁を有する外部ケースと一体化されて、鋭い角度及びまっすぐな表面を柔軟なものにする。
【０１４８】
構成No.４は、２つのアクティブなミラー面、即ち、到来する光を焦点位置へ折り返して収束させる放物線状の反射面、及び焦点位置からの光を集光しそしてその光をスクリーンをとこぎるビームへとコリメートする楕円状の屈折面を使用する。
【０１４９】
本発明の一実施形態による電子装置内の光ガイドの簡単な側面破断図である図４３を参照する。図４３には、外部ケース８２８とディスプレイ６３７との間に光ガイド４６８が示されている。放射器２００からの光ビームは、表面４４５を通して光ガイド４６８に入る。光ビーム１００を散乱させるために、表面４４５の下部にはマイクロレンズの羽毛パターンが存在する。光ビーム１００は、内部反射凹面４６９及び放物線状反射面４７０により反射され、そして楕円状屈折面４７１を通して光ガイド４６８を出る。楕円状屈折面４７１は、光ビーム１００の少なくとも一部分をディスプレイ６３７の表面と平行な平面内に向け直す。光ビーム１００は、そのビームを受光器３００に向ける同様の光ガイドによりディスプレイ６３７の他端において受光される。受光器３００によって検出された光強度は、計算ユニット７７０へ通信される。
【０１５０】
本発明の一実施形態により、光ビームを折り返すための少なくとも２つのアクティブな表面を伴う光ガイドの上部及び電子装置の一部分の簡単な側面破断図である図４４を参照する。図４４には、光ガイド４７２の上部が示されている。表面４７３は、焦点線４７５を有する放物線又は準放物線の一部分であるか、或いは自由な形状である。焦点線４７５及び表面４７３、４７４は、ディスプレイ６３７のリムに沿って延びる。表面４７４は、焦点線４７５を有する楕円又は準楕円の一部分であるか、或いは自由な形態である。
【０１５１】
放射器側では、光ビームが光ガイドに入り、そして放物線状ミラー４７３が光ガイド内の焦点へビームを反射する。楕円状の屈折レンズ４７４は、放物線状ミラー４７３と同じ焦点を有する。楕円状レンズ４７４は、焦点からの光をディスプレイ６３７上のコリメートされた光ビームへと屈折する。受光器側では、コリメートされた光ビームが光ガイドに入り、そして楕円状レンズ４７４により焦点へと屈折される。放物線状ミラー４７３は、光ガイド内の焦点からのビームを、コリメートされた出力ビームへと反射する。
【０１５２】
図４３の表面４６９は、光ビーム１００を上方に９０°折り返す。表面４６９は、放物線の一部分として形成される。本発明の一実施形態では、表面４６９は、入力表面４４５が完全な垂直より若干傾斜していること及び光源が単一点より広いことによる収差について修正される。
【０１５３】
表面４６９及び４７０は、内部反射を使用して光ビームを折り返す。従って、これらの表面は、ゴミやかき傷から保護される必要がある。図４４において、表面４７３は、外部ケース８２９によって保護される。光ガイド４７２の下面（図示せず）は、電子装置内の深部にあり、従って、保護されている。
【０１５４】
構成No.４を使用して、反射面４７３の実質的に全部がディスプレイ６３７の上面の下に配置される。従って、この構成は、構成No.２よりも電子装置に付加する高さが低い。図４３に戻ると、この構成において光ガイドにより付加される高さＨ３’は、ほぼ外部ケースの厚みＨ２であり、これは、構成No.２の対応高さＨ３より低い。更に、図４３の表面４７１及び図４４の表面４７４の凸形状は、図３６の垂直面４５３よりユーザが清掃し易いものである。従って、ユーザは、ディスプレイ６３７及び表面４７１に堆積し得る埃やゴミを容易に拭い去ることができる。構成No.４は、図３６の表面４５４の必要性を排除することに注意されたい。というのは、外部ケース８２８が表面４７１の上になるのではなく、その高さと平らになるからである。
【０１５５】
図４３の表面４７１の凸形状は、図３６の垂直面４５３よりもベゼルを視覚的に目立たなくする。
【０１５６】
ある電子装置は、装置の４つの縁へと延びるフラットなガラスシートで覆われる。ガラスの下面は、装置の縁付近が黒くペイントされ、そしてディスプレイは、ガラスの中央部の透明な長方形窓を通して見られる。そのような装置は、例えば、カリフォルニア州クパチーノのアップル社により製造されたＩＰＨＯＮＥ（登録商標）、ＩＰＯＤ  ＴＯＵＣＨ（登録商標）、及びＩＰＡＤ（登録商標）や、フラットパネルコンピュータモニタ及びテレビジョンの種々のモデルを含む。あるケースでは、ここに述べる種々のタッチスクリーンを取り巻く光ガイドは、（ａ）その光ガイドがスクリーンガラスとは個別のユニットであり、従って、それらの間の境界が顕著であるために、及び（ｂ）その光ガイドがスクリーンの下に延び、従って、光ガイドの下面を黒くペイントしても、光ガイドの底とスクリーンガラスとの間の高さの差が顕著であるために、審美的に見えない。本発明の実施形態は、この問題を克服するために２ユニット光ガイドを使用する。
【０１５７】
１つのそのような実施形態において、光ガイドの上部ユニットは、スクリーンガラスと合体される。この点に関して、本発明の一実施形態により、ディスプレイ６３７を覆う保護ガラス６３８の一体的部分として形成された透明な光学的タッチ光ガイド４７６のある区分の簡単な図である図４５を参照する。保護ガラス６３８の下面のデイライトフィルタシート６３９は、光ビーム１００を遮るのではなく、黒いペイントに代わって、ディスプレイ６３７の縁を隠すように働く。光ガイド４７６は、外側の楕円表面４７８及び内側の放物線表面４７７を有し、外部ケース８３０と滑らかに合体する。光ビーム１００は、図４４のように、光ガイド４７６を通過する。
【０１５８】
あるケースでは、一体的な反射レンズを伴う保護ガラスカバーを製造するコストが高価である。従って、本発明の別の実施形態では、光ガイドの上部ユニットと下部ユニットとの間に黒い物体が配置される。黒い物体の高さは、電子装置内で、保護ガラスの下面における黒いペイントの高さと整列される。この点に関して、本発明の一実施形態によりスクリーンの縁を隠すようにされた、図４４の電子装置及び光ガイドの簡単な図である図４６を参照されたい。図４６には、ディスプレイ６３７を覆う保護ガラス６４０の下面に黒いペイント或いはデイライトフィルタシート６４１が示されている。黒いプラスチック素子４８２が黒いペイント／デイライトフィルタシート６４１と整列され、保護ガラス６４０の縁がユーザに気付かないようにされる。黒いプラスチック素子４８２は、赤外線を透過し、光ビーム１００を通過できるようにする。
【０１５９】
本発明の一実施形態により、放射器２００の反対側からディスプレイ６３７の上まで延びる単一ユニットである光ガイド４８３の簡単な図である図４７を参照する。外部ケース８３２の一部分が、光ガイド４８３の頂部と平らになるように示されている。光ガイド４８３の下部は、放射器２００から到達する光ビームを散乱するためにマイクロレンズ４８４の羽毛パターンを有する。受光側では、光ビームは、光ガイド４８３と同様の光ガイドの底部を通して、受光器に向かって出る。同じ羽毛パターン４８４が、受光器への途中で光ビームを分断する。
【０１６０】
本発明の一実施形態による二重ユニットの光ガイドの簡単な図である図４８を参照する。図４８には、上部ユニット４８５及び下部ユニット４８６を伴う光ガイドが示されている。外部ケース８３２の一部分が光ガイドユニット４８５の頂部と平らにされる。ディスプレイ６３７は、光ガイドユニット４８５の右側に示されている。光ガイドユニット４８６の頂面は、放射器２００から到達する光ビームを分断するためにマイクロレンズ４８７の管状パターンを有する。受光側では、光ビームは、図４８に示された光ガイドと同様の光ガイドの底部を通して、受光器に向かって出る。同じ管状パターン４８７が、受光器への途中で光ビームを分断する。
【０１６１】
図３６及び４０を参照して上述したように、管状パターン４８７を伴う光ガイドユニット４８６の位置付けは、高い精度を要求するが、光ガイドユニット４８５の位置付けは、そのような精度を要求しない。光ビームに対する管状パターン４８７の作用は、その各放射器又は受光器に対する正確な配置に依存する。光ガイドユニット４８５におけるアクティブな表面は、寛容度が大きい。というのは、それらは、主として自己収容性であり、即ちそれらは、両方とも、図４４の焦点線４７５のような内部焦点線に焦点が合わされるからである。
【０１６２】
タッチスクリーンシステム構成No.５
構成No.５は、スクリーンの縁を含めてアクティブなスクリーンエリア全体にわたって高解像度のタッチ感知性を生じさせるために光学的タッチスクリーンの解像度を高めることに関する。構成No.５は、タッチスクリーンコンポーネントを一体化するプロセスを簡単化するのに有用であると共に、レンズ及び放射器又は受光器を含むモジュラーブロックを準備することで製造者のための公差チェーンを最小にするのにも有用である。これらのモジュラーブロックは、タッチスクリーンの高速アッセンブルのためディスプレイの縁に沿って一緒に行に配置し易いように形成される。放射器又は受光器をレンズに向い合って厳密に正しい位置に配置する高公差要求は、モジュラーブロックの製造中に取り扱われ、従って、装置製造者から高公差アッセンブルの負担を取り除く。
【０１６３】
高解像度のタッチ感知性は、構成No.２及び３を参照して上述したように、共通エリアに及ぶ２つ以上の放射器−受光器対信号を合成することによって達成される。正確なタッチ位置を計算するための技術を以下に説明する。
【０１６４】
簡単な製造は、光学的素子及び電子コンポーネントを単一ユニットへと一体化することにより達成される。従って、複雑な表面が１つのコンポーネントへと集められ、高いアッセンブリ公差の必要性が低下される。
【０１６５】
本発明の一実施形態により、赤外線に対して透明なプラスチック材料で作られた光学的コンポーネントを示す図４９を参照する。図４９には、前方を向いたＬＥＤ２３６を含む光学的コンポーネント４８８と、ＬＥＤ信号を取り扱うための電子回路が示されている。光学的コンポーネント４８８は、電気的パッド７６０及び７６１に接続される。光学的コンポーネント４８８は、２つの放射器、即ち放射器２３５及び放射器２３６から合成されたコリメートされた光ビームを送光するのに使用される。放射器２３５は、隣接する光学的コンポーネント４８９に含まれる。
【０１６６】
放射器２３５からの光ビームは、密接適合面４９１を通して光学的コンポーネント４８９を出て、密接適合面４９０を通して光学的コンポーネント４８８に入る。図４９は、放射器２３５及び２３６からの非平行光ビームがレンズ４３９に入るところを示している。コンポーネント４８８及び４８９は、実質的に同じものであり、互いに適合する。従って、装置製造者は、これらのコンポーネントを構築ブロックとして使用して、一連のこれら構築ブロックをディスプレイの各縁に沿って行に配列することによりタッチスクリーンを形成することができる。典型的に、２つの隣接するディスプレイ縁は、放射器コンポーネントと一線になり、そして他の２つの縁は、受光器コンポーネントと一線になる。しかしながら、実質的に同じ形状である放射器及び受光器のコンポーネントは、同じ行に一緒に位置させることができる。
【０１６７】
レンズ４９３は、２つの光源からの光を混合及び反射するように設計された多数の表面を有する。本発明の一実施形態では、レンズ４９３は、構成No.２及び３の羽毛及び管状パターンを参照して上述したように到来光を拡散するマイクロレンズを有する。
【０１６８】
光学的コンポーネント４９４は、光学的コンポーネント４８８と同様であるが、ＬＥＤ２３７は、前方を向くのではなく、側部を向いている。図４９は、コリメートされた光ビーム１００が光学的コンポーネント４９４を出るところを示している。ピン９８９及び９９０は、プリント回路板上の光学的コンポーネント４９４をガイドする。
【０１６９】
光学的コンポーネント４９５は、光学的コンポーネント４８８を前方から見たものである。図４９は、コリメートされた光ビーム１００が光学的コンポーネント４９５を出るところを示す。
【０１７０】
又、スクリーン表面を横断した光ビームを受光するための同様の光学的コンポーネント（図示せず）も設けられる。これらのコンポーネントとしては、放射器が受光器に置き換えられ、電気的コンポーネントは、受光器信号を取り扱う。そのような光学的コンポーネントは、レンズに入る平行な光ビームを受光し、そしてそのビームを２つの異なる受光器に向ける。
【０１７１】
本発明の一実施形態による光ガイドを伴うタッチスクリーンの簡単な側面図である図５０を参照する。図５０には、ディスプレイ６４２、光学素子４９６、光学素子４９６内のホトダイオード３９４、光学素子４９７、及び光学素子４９７内の放射器２３８が示されている。光学素子４９６及び４９７は、プリント回路板７６２に接続される。放射器２３８は、非平行光ビームを放射し、そして図４９を参照して説明したように、非平行ビームは、光学素子４９７を出る前に、コリメートされたビーム又は実質的にコリメートされたビームへ変換される。本発明の一実施形態では、光学素子４９７の上面にエッチングされるか又は他の仕方で形成されたマイクロレンズが、構成No.３の管状パターンを参照して上述したように、光ビームを拡散する。光学素子４９７を出るビーム１００は、上に向けられ、そして光ガイド４９８によりディスプレイ上へ反射される。光ビーム１００は、スクリーン６４２の反対側で光ガイド４９９に入り、ディスプレイ６４２の下で光学素子４９６へ反射される。上述したように、光学素子４９６は、平行な光ビームを、ホトダイオード３９４へ収斂される非平行な光ビームへと変換する。本発明の一実施形態では、光学素子４９６の上面にエッチングされるか又は他の仕方で形成されたマイクロレンズが、構成No.３の管状パターンを参照して上述したように、光ビームを拡散する。本発明の一実施形態では、光ガイド４９８及び４９９は、ディスプレイ６４２を取り巻くフレームとして構成される。
【０１７２】
図５０のタッチスクリーンにおいて、２つの形式の光ビーム再指向が生じる。第１の再指向は、放射器により放射されたビームをコリメートするか又は入力光ビームをホトダイオードセンサへ集中させるかのいずれかの異なる仕方で光ビームを再指向する。図３６−４５のシステムでは、放射器又は受光器の付近のレンズがこの再指向を遂行する。第２の再指向は、構成No.４を参照して上述したように、到来するビームを９０°の角度で均一に再指向するか、又は到来する光ビームを細いくびれ又は焦点へ折り返す。
【０１７３】
第１の形式の再指向は、放射器又は受光器がレンズの焦点に対して特定の位置に配置されることを要求する。従って、放射器及びレンズ、又は受光器及びレンズの位置付けは、配置の変動に敏感である。従って、放射器又は受光器をそれに対応するレンズと共にアッセンブルすることは、エラー公差が小さい。反射を伴う第２の形式の再指向は、反射器又は光ガイドの位置の変動に対して頑健である。従って、光ガイドのこの部分のアッセンブルは、エラーの公差が大きい。
【０１７４】
本発明の一実施形態によれば、図５０の光学素子４９６及び４９７並びに図４９の光学素子４８８及び４８９のような、放射器又は受光器を収容する光学素子内に羽毛又は管状パターンのマイクロレンズが含まれる。このような光学素子の製造は、低い製造コストでマイクロレンズの埋め込みパターンに対して放射器又は受光器の正確な配置をサポートする。対照的に、放射器及びレンズ、又は受光器及びレンズが個別の要素である場合には、放射器又は受光器をプリント回路板上のパターン化されたレンズと整列させる製造コストが高くなる。
【０１７５】
スクリーン表面上に光を反射させる光ガイドは、個別に製造されて、他のタッチスクリーンコンポーネントとアッセンブルされる。従って、図５０において、光ガイド４９８及び４９９は、光学素子４９６及び４９７とは個別に示されている。
【０１７６】
本発明の一実施形態により、各側に３つの光学的コンポーネントのブロックを伴うタッチスクリーンを示す図５１を参照する。ブロック５００及び５０１は、放射器であり、ブロック５０２及び５０３は、受光器である。これらのブロックは、アクティブなエリア９９１を形成し、検出された遮られた光に基づいてスタイラス又は指のｘ−ｙタッチ位置が計算される。同じ形式のより多くの光学的コンポーネントを各ブロックに付加することで、形成されるアクティブなエリアが拡大される。
【０１７７】
本発明の一実施形態による図５１の放射器ブロックの１つの拡大図である図５２を参照する。図５２には、３つの放射器２３９、２４０及び２４１が示されており、これらは、各信号１７０、１７１及び１７２として読み取られる各広いビーム１６７、１６８及び１６９をスクリーンの１つの縁から放射する。スクリーンの反対の縁では、信号１７０、１７１及び１７２が、各々、各光学的コンポーネントにより少なくとも２つの隣接受光器に再指向される。次いで、スクリーンにタッチする指又はスタイラスのような物体の正確な位置が、図８１を参照して以下に述べるように、受光器における遮られた光の値に基づいて決定される。
【０１７８】
タッチスクリーンシステム構成No.６
構成No.６は、スクリーンの縁に沿って位置された長く細い光ガイドの一端に放射器又は受光器を結合することにより、減少された数のコンポーネントを使用する。そのような光ガイドは、“ILLUMINATION FOR OPTICAL TOUCH PANEL”と題する米国特許第７，３３３，０９５号に説明されている。
【０１７９】
本発明の一実施形態により、スクリーン上に光を向けるためにスクリーンの第１縁に沿って長くて細い光ガイド５１４を有し、且つその向けられた光を検出しそしてその検出された光の値を計算ユニット７７０へ通信するためにスクリーンの対向縁に沿って配列された受光器３００のアレイを有するタッチスクリーンを示す図５３を参照する。光放射器２００は、光ガイド５１４の両端に結合される。光ガイド５１４は、タッチスクリーン８００の１つの縁に沿って位置付けられる。光は、スクリーンの縁に沿って光ガイド５１４へ放射され、そして反射器５１５によりスクリーン表面を横切って再指向される。構成No.２及び３を参照して上述したように、複数の受光器でタッチを検出できるように、タッチスクリーン８００の対向縁に沿って複数の受光器３００が位置される。
【０１８０】
本発明の一実施形態により、スクリーン上に光ビームを向けるためにスクリーンの第１縁に沿って光放射器２００のアレイを有し、且つその向けられた光ビームを受光しそしてそれを、光ガイド５１４の両端に位置する受光器３００へ更に向けるための長くて細い光ガイド５１４を有するタッチスクリーンを示す図５４を参照する。受光器３００で検出された光の値は、計算ユニット（図示せず）へ通信される。本発明の別の実施形態によれば、光ガイド５１４の一端には１つの受光器３００だけが結合される。光ガイド５１４は、タッチスクリーン８００の１つの縁に沿って位置付けられる。構成No.２及び３を参照して上述したように、複数の放射器のシリアルなアクチベーションに基づいて受光器３００でタッチを検出できるように、タッチスクリーンの対向縁に沿って複数の放射器が位置される。スクリーン表面を横切って放射された光は、反射器５１５によって再指向される。光は、スクリーンの縁に沿った光ガイド５１４で受光され、そして光ガイド５１４の長さを通して受光器３００に指向される。
【０１８１】
本発明の一実施形態により長くて細い光ガイド５１４の各端に各々結合された２つの光放射器２０１及び２０２を示す図５５を参照する。光ガイド５１４は、タッチスクリーンの一端に沿って配置される。光１００は、スクリーンの縁に沿って光ガイド５１４へ放射され、そして反射器５１５によりスクリーンの表面を横切って再指向される。構成No.２及び３を参照して上述したように、複数の受光器でタッチを検出できるように、タッチスクリーンの対向縁に沿って複数の受光器が置かれる。各放射器２０１及び２０２は、別々にアクチベートされ、従って、受光器は、２つの放射器の各々からの遮られた光に基づいてタッチを検出する。光ガイドの長さに沿った所与の位置で放射される光１００の量は、その位置と放射器との間の距離の関数として減少する。従って、構成No.２及び３を参照して上述したように、各放射器２０１及び２０２からの検出光の異なる量を使用して、正確なタッチ位置が計算される。
【０１８２】
本発明の実施形態は、米国特許第７，３３３，０９５号の光ガイドに基づき、構成No.２及び３を参照して上述したように、図５３の出て行く光ビーム１０１又は図５４の到来する光ビーム１０２を広く屈折させるために光ガイドの外面にマイクロパターン５１６をエッチングするか又は他の仕方で形成することにより、改善がなされる。マイクロパターン５１６は、光ガイド５１４に沿った溝の実質的に平行な均一のパターンであり、構成No.２を参照して上述した扇パターンより形成が簡単である。又、光ガイド５１４は、光ガイド５１４の内部に光散乱ストリップ５１７も含む。マイクロパターン５１６及び光散乱ストリップ５１７は、図５３及び５４に現れる。
【０１８３】
タッチスクリーンシステム構成No.７
構成No.７は、タッチスクリーン上の圧力を検出できるようにするもので、タッチ動作中に適用される。圧力の検出は、光のタッチとハード押圧との間を区別できるようにし、タッチ及び押圧に別々のアクションを関連付けるユーザインターフェイスのために有用である。例えば、ユーザは、ボタン又はアイコンを、それにタッチすることで選択し、ボタン又はアイコンに関連した機能を、それを押圧することによりアクチベートする。そのようなユーザインターフェイスが、“USER INTERFACE FOR MOBILE COMPUTER UNIT”と題する本出願人の同時係争中の米国特許出願第１２／４８６，０３３号に説明されている。
【０１８４】
本発明のある実施形態では、タッチイネーブル装置は、ＰＣＢのようなベース平面と、このベース平面にしっかりマウントされた光ガイドフレームと、しっかりマウントされないタッチスクリーンを光ガイドフレーム内に懸架又は「浮動」させるためにベース平面に取り付けられた弾力性部材とを備えている。タッチスクリーンを押圧すると、浮動タッチスクリーンをｚ軸に沿って撓ませ、光ガイドフレームをより多く露出させる。この露出でより多くの光がスクリーンを横断できるように、上述したようにスクリーン上に光を向ける光ガイドフレーム反射器が形成される。このように、スクリーン上にハード押圧が生じると、多くの受光器は、検出光の突然の増加を検出する。更に、ハード押圧の検出は、同時にタッチが検出されることを条件とし、周囲光の突然の増加によるハード押圧の偽の検出を防止する。下方圧力が解放されると、弾力性部材がスクリーンを光ガイドフレーム内の元の位置に復帰させる。
【０１８５】
本発明の一実施形態によりハード押圧の発生を検出するタッチスクリーン８００を示す図５６−５９を参照する。図５６は、タッチスクリーン８００を休止位置で示し、スクリーン８００は、可撓性エアギャップ８４３を生成する弾力性支持部材８４１及び８４２によって支持され、これは、プリント回路板７００にマウントされる。図５６は、放射器２００からの光１００を、スクリーン８００を越えて受光器３００へ向けるため、スクリーン８００の各側に１つづつ、２つの光ガイド５１８及び５１９を示す。各光ガイド５１８及び５１９の小さな上部のみがスクリーン８００の上に延びる。受光器３００は、検出された光の強度を計算ユニット７７０へ通信する。
【０１８６】
図５７は、指９００がスクリーンを押圧し、部材８４１及び８４２を圧縮させて可撓性エアギャップ８４３を狭めるところを示す。その結果、光ガイド５１８及び５１９の大部分がスクリーン８００上に露出され、従って、（ａ）放射器２００からのより多くの光１００がスクリーン８００を横断して、受光器３００により検出されると共に、（ｂ）より多くの周囲光１０１が受光器３００に到達するのを許す。種々の実施形態において、検出光のこれらの増加のいずれか又は両方を使用して、ハード押圧を指示する。他の実施形態では、加えられる下向き圧力の量が、付加的な検出光の量に基づいて決定され、従って、よりハードなタッチと、あまりハードでないタッチとを区別することができる。
【０１８７】
ある実施形態では、光ガイドフレームは、下向きの圧力がスクリーン８００に加えられないときに弾力性部材８４１及び８４２の上向きの力を相殺するためにスクリーン８００の縁上に延びる図５８に示す突出リップ５２０及び５２１を備えている。これらの弾力性部材８４１及び８４２は、とりわけ、柔軟性マウント材料、ねじれスプリング、弾性ポリマー本体、又は液圧懸架システムを含む。図５９は、放射器２００と、計算ユニット７７０に結合された受光器３００と、弾力性部材８４１及び８４２とを示し、これらは、単一のＰＣＢ７００上に配置されている。
【０１８８】
他の実施形態では、タッチスクリーンは、フレームに対して変位可能でない。しかしながら、スクリーンは、ハード押圧に応答して若干撓み又は屈曲する。スクリーンが屈曲すると、多くの受光器において検出光が突然増加して、スクリーン上のハード押圧を指示する。上述したように、ハード押圧の検出は、同時にタッチも検出されることを条件とし、従って、装置へのトラウマに応答したハード押圧の偽の検出を防止する。
【０１８９】
本発明の一実施形態により、堅固にマウントされた７インチＬＣＤスクリーンに圧力を加えたときに検出される光の増加を示す棒グラフである図６０及び６１を参照する。この棒グラフは、ソフトタッチが生じたとき（図６０）及びハードタッチが生じたとき（図６１）にスクリーンの１つの縁に沿った各放射器から検出された光の量を示す。光放射器及び受光器は、各放射器からの光が２つの受光により検出されるようにシフト整列されている。従って、放射器ごとに２つの受光器の各々により検出される光を示す２つの棒が示されている。光が検出されない場合にＬＥＤ４に対向する受光器においてタッチが検出されることを両方の棒が指示する。この棒グラフは、ハードタッチの場合には、ソフトタッチの場合より、隣接放射器からより多くの光が検出されることを示している。
【０１９０】
タッチスクリーンシステム構成No.８
構成No.８は、スクリーン表面と、該スクリーン表面にタッチするポインタ又は複数のポインタとの画像を捕獲するためにスクリーン表面の下に少なくとも１つのカメラが位置されたタッチスクリーンを形成する。本発明のある実施形態において、スクリーンピクセルは、スクリーンガラスの下面の画像のピクセルを各々発生する光センサを含み、その画像は、「スクリーンガラス画像」と称される。
【０１９１】
以下に述べるように、本発明の実施形態による方法は、空間的及び時間的フィルタを使用して正確なタッチ座標を決定する。これら方法を構成No.８に適用すると、タッチ座標について１ピクセル以下の精度が生じる。
【０１９２】
タッチ位置の中心におけるスクリーンガラス画像のピクセルは、一般的に完全に遮られ、即ちそのような各ピクセルにおいて検出される光のレベルは、指定のスレッシュホールドより低く、ピクセルがタッチ物体により遮られたことを示す。タッチ位置の縁に沿ったスクリーンガラス画像のピクセルは、一般的に部分的に遮られるだけであり、即ちそのような各ピクセルにおいて検出される光のレベルは、指定のスレッシュホールドより高く、ピクセルがタッチ物体により部分的に遮られただけであることを示す。
【０１９３】
スクリーンガラス画像データを受け取る計算ユニットは、ピクセル値で指示される、ピクセルに関連したタッチ検出強度に基づき、相対的な重みを各ピクセル座標に指定する。更に、計算ユニットは、その関連重みに基づき、ピクセル座標を補間して、タッチ座標を決定する。ある実施形態において、計算ユニットは、周囲を有するタッチエリアを計算し、タッチエリアの縁は、前記補間に基づき１ピクセル以下のレベルで計算される。以下に述べる時間的フィルタは、とりわけ、一連の関連タッチが、ある時間巾にわたる滑走移動へと連結されるときに、適用される。
【０１９４】
本発明の一実施形態により、スクリーンガラスの下面及びそれに対してなされたタッチの画像を捕獲するためにスクリーンガラスディスプレイ６３５の下に配置された画像センサ８４４の簡単な図である図６２を参照する。捕獲された画像データは、分析のため計算ユニット７７０へ送信される。
【０１９５】
本発明の一実施形態により、ピクセルに分割されたディスプレイ６３５及び３つのタッチ検出９０６−９０８を簡単に示す図である図６３を参照する。各タッチ検出の縁がピクセルの各部分を覆うことに注意されたい。以上に述べた重み付けされたピクセル座標補間を使用して、タッチ９０６及び９０７の座標のようなタッチ座標と、エリア９０７及び９０８の輪郭のようなタッチエリアの輪郭を識別する。本発明のある実施形態では、補間は、完全に遮られたピクセルを含む。本発明の他の実施形態では、補間は、部分的に遮られただけのピクセルを含む。
【０１９６】
タッチスクリーンシステム構成No.９
構成No.９は、タッチスクリーンに対するポインタの三次元位置を決定する手段をタッチスクリーンに与える。この構成では、低コストのタッチスクリーンは、カメラを使用して、深度情報を決定する。１つ以上のカメラがタッチスクリーンの側部にマウントされて、アクティブなタッチエリアの鏡像を捕獲し、そしてその鏡像を処理して、タッチスクリーン上のポインタの高さを決定する。本発明は、光沢面を有する任意のサイズのタッチスクリーンにおいて実施される。
【０１９７】
本発明の一実施形態により、ラップトップコンピュータ８４８のヒンジ７７１に位置されそしてスクリーン６４３を指しているカメラセンサ８４４を簡単に示す図である図６４を参照する。
【０１９８】
本発明の一実施形態により、タッチエリア９９２を見るカメラ８４４を示す簡単な側面図である図６５を参照する。
【０１９９】
本発明の一実施形態により、タッチエリア９９２を見るカメラ８４４を示す簡単な上面図である図６６を参照する。図６６における破線は、カメラ８４４により捕獲されるスペースの体積を示す。
【０２００】
本発明の一実施形態により、カメラ８４４で捕獲された画像に基づいてタッチポインタを位置決めするために、タッチエリア９９２を見るカメラ８４４と、２つの画像軸、即ち画像ｘ軸及び画像ｙ軸とを簡単に示す図である図６７を参照する。又、本発明の一実施形態により、カメラ８４４で捕獲された画像に基づいてタッチポインタを位置決めするために、タッチエリア９９２を見るカメラ８４４と、２つのスクリーン軸、即ちスクリーンｘ軸及びスクリーンｙ軸とを簡単に示す図である図６８も参照する。カメラ８４４によって捕獲される視野線に沿ったスクリーン面は、画像ｙ軸に沿って向けられる。画像ｘ軸は、タッチスクリーン面の平面に沿って画像ｙ軸に垂直である。これらの軸をスクリーン縁に平行に延びるスクリーン軸から区別するために、前者の軸は、ここでは、「画像軸」と称され、そして後者の軸は、ここでは、「スクリーン軸」と称される。画像軸に対するタッチ座標は、スクリーン軸座標へ変換することができる。
【０２０１】
カメラ８４４で捕獲される画像は、一般的に、ポインタ、及びタッチスクリーンの表面へのポインタの反射の両方を含む。捕獲された画像内のポインタ及びその反射の位置に基づき、ポインタがスクリーンに位置されたとき、又はスクリーンより上にあるときでも、ポインタの位置を決定することができる。ポインタがスクリーンにタッチするときには、捕獲画像におけるポインタ及びその反射は、図７３−７５に示すように、互いに正接する。ポインタがスクリーンより上にあるときには、捕獲画像におけるポインタ及びその反射は、図７６に示すように、互いに分離される。
【０２０２】
当業者であれば、画像の下縁に沿ったｘ軸、及びカメラの視線に沿ったスクリーン表面のｙ軸に対して捕獲画像が分析されることが明らかであろう。ポインタがスクリーンにタッチするときには、ｘ及びｙ軸に沿って捕獲画像におけるポインタの位置を投影することによりポインタのｘ及びｙ座標が決定される。
【０２０３】
ポインタが、スクリーンにタッチするのではなく、スクリーンより上にあるときには、ポインタのｘ座標は、上述したように決定され、即ちｘ軸に沿って捕獲画像におけるポインタの位置を投影することにより決定される。ポインタのｙ座標を決定するために、捕獲画像におけるポインタ及び反射されたポインタの位置を結ぶ線に沿って適当な場所が選択され、そしてその場所の位置がｙ軸に沿って投影される。ある場合には、適当な場所は、ポインタ及び反射されたポインタの位置を結ぶ線の中間点である。他の場合には、適当な場所は、カメラがスクリーン表面に対して向けられる方位角に基づく。
【０２０４】
当業者であれば、スクリーン表面より上のポインタの高さは、捕獲画像におけるポインタとポインタ反射との間の距離に基づいて決定されることが明らかであろう。
【０２０５】
複数のカメラを使用することで、手で遮られるマルチタッチ情報及びスタイラス情報のような付加的な情報が与えられる。本発明の一実施形態により、異なる角度からタッチエリア９９２を各々捕獲する２つのカメラ８４４及び８４５を簡単に示す図である図６９及び７０を参照する。各カメラは、図７０に示すように、画像軸の各セットを有する。本発明の一実施形態により、異なる角度からタッチエリア９９２を各々捕獲する４つのカメラ８４４−８４７を簡単に示す図である図７１を参照する。
【０２０６】
本発明の一実施形態により、完全なタッチエリア９９２を見るカメラ８４４を、カメラの観点から簡単に示す図である図７２を参照する。図７２には、カメラ８４４で捕獲された画像に対する画像ｘ及びｙ軸が示されている。
【０２０７】
本発明の一実施形態により、互いに正接するスタイラス９０３及びスタイラスの鏡像６４５を示す、タッチエリア９９２の一部分の簡単な図である図７３を参照する。スタイラス９０３の画像ｘ及びｙ座標は、画像ｘ及びｙ軸にスタイラス９０３の位置を投影することにより決定される。投影の助けとして、スタイラス９０３とその鏡像６４５との間の中心線９９６が使用される。
【０２０８】
本発明の一実施形態により図７３に比してタッチエリア９９２の中心へ接近移動されたスタイラス９０３及びスタイラスの鏡像６４５を示す簡単な図である図７４を参照する。この場合も、スタイラス９０３の画像ｘ及びｙ座標は、画像ｘ及びｙ軸にスタイラス９０３の位置を投影することにより決定される。投影の助けとして、スタイラス９０３とその鏡像６４５との間の中心線９９７が使用される。
【０２０９】
本発明の一実施形態により図７３に比してタッチエリア９９２の底部へ接近移動されたスタイラス９０３及びスタイラスの鏡像６４５を示す簡単な図である図７５を参照する。この場合も、スタイラス９０３の画像ｘ及びｙ座標は、画像ｘ及びｙ軸にスタイラス９０３の位置を投影することにより決定される。投影の助けとして、スタイラス９０３とその鏡像６４５との間の中心線９９８が使用される。
【０２１０】
本発明の一実施形態により、互いに分離されたスタイラス９０３及びスタイラスの鏡像６４５を示す簡単な図である図７６を参照する。スタイラス９０３と鏡像６４５との間の距離を使用して、タッチエリア９９２の上のスタイラス９０３の高さを決定する。スタイラス９０３と鏡像６４５との間の中心線９９９は、スタイラス９０３の画像ｙ座標を決定するための援助として使用される。
【０２１１】
本発明の一実施形態によれば、図７３−７６のスタイラス９０３は、鈍角エッジスタイラスである。鈍角エッジスタイラスは、その比較的大きな頭部を画像処理で検出し易いので効果的である。又、鈍角エッジスタイラスは、構成No.２−６において、その比較的大きなヘッドが尖端スタイラスより多くの光を遮るので効果的である。
【０２１２】
本発明の一実施形態により、三次元ポインタ位置を決定するための方法の簡単なフローチャートである図７７を参照する。動作１０１１において、スクリーン表面の画像が捕獲される。この画像は、図７３−７６を参照して上述したように、ポインタ、及びスクリーン表面へのポインタの反射を含む。動作１０１２において、各画像におけるスタイラスの位置に対応する図７３−７５に示されたｘ座標で例示されたように、第１のスクリーン軸に沿ったポインタの位置が、その軸に沿った画像におけるポインタの位置に対応するように、決定される。動作１０１３において、図７３−７６における中心線９９６−９９９で例示されたように、第２のスクリーン軸に沿ったポインタの位置が、ポインタの位置とその反射の位置との間の中間点を通して延びる線に対応するように、決定される。動作１０１４において、捕獲画像におけるポインタとその反射との間の距離に基づいて、スクリーン上のポインタの高さが決定される。
【０２１３】
カメラの位置がスクリーンに対して既知であるか又は固定であるとき、とりわけ、カメラがしっかりマウントされた状態でスクリーンが製造されるときには、画像座標からスクリーン座標への画像−スクリーン変換を決定することができる。スクリーンに対するカメラの位置が未知であるとき、とりわけ、カメラがユーザにより手でマウントされるときには、画像−スクリーン変換を決定するため、カメラの向きを決定する手順が要求される。１つのそのような手順は、スクリーン上の一連のタッチアイコンを既知のスクリーン座標に表示することである。本発明の一実施形態により、カメラの向きを決定するのに使用される６個のタッチアイコン９６５−９７０を表示するタッチエリア９９２の簡単な図である図７８を参照する。カメラ８４４は、タッチ事象を捕獲するためにタッチエリアに向けられる。ユーザは、種々のアイコンをタッチするように命令される。ある実施形態では、各アイコンが、一度に１つ、個々に表示される。ユーザがアイコンにタッチすると、タッチの画像座標が決定され、そしてアイコンの既知のスクリーン座標との一致がとられる。画像座標とスクリーン座標の次々の一致対を使用して、画像−スクリーン変換を決定する。本発明の一実施形態では、ユーザがアイコンにタッチする事象は、上述したように、ポインタがその反射と正接するときに、捕獲画像から確認される。
【０２１４】
構成No.２−８の動作
以下の説明は、正確なタッチ検出を達成するために、構成No.２−８に示された光学素子をタッチスクリーンの周りに配置するための操作方法に関する。これらの方法は、微細なタッチ点を有するペン及びスタイラスをサポートするのに効果的である。特に、これらの方法は、単一タッチ指サポートには要求されない。従って、指サポートのみで設計されたシステムでは、これらの方法は、一次レンズにマイクロレンズがエッチングされずに適用される。マルチタッチ検出のようなあるケースでは、これらの方法は、指タッチにも適用される。
【０２１５】
本発明の一実施形態によるタッチスクリーンシステムにおける放射器レンズ及び受光器レンズの対向する行を示す図７９及び８０を参照する。各放射器及び受光器レンズの後方に位置されているのは、対応する各光放射器２００又は受光器３００である。図７９に示すように、各放射器２００は、放射器により放射された光ビームを検出する２つの受光器３００に対向して配置される。同様に、各受光器３００は、２つの放射器に対向して配置され、両放射器から放射された光ビームを受光する。
【０２１６】
図７９の（Ａ）は、放射器２００からの、２つの受光器３００に及ぶ単一の全ビーム１７３を示し、（Ｂ）は、２つの受光器３００の左側によって検出される全ビームの一部分１７４を示し、（Ｃ）は、２つの受光器３００の右側により検出される全ビームの一部分１７５を示し、（Ｄ）は、タッチスクリーンをカバーする複数の放射器２００に対する複数のビーム１７６を示し、そして（Ｅ）は、タッチスクリーンをカバーする複数の放射器２００に対する複数のビーム１７７を示す。一般的に、各放射器２００は、単独でアクチベートされる。タッチ点が複数のビームにより検出される正確なタッチ検出について以下に説明する。（Ｄ）及び（Ｅ）から、スクリーン上の点は、少なくとも１つのビーム１７６及び１つのビーム１７７により検出されることが明らかであろう。
【０２１７】
電力を保存するため、タッチスクリーンがアイドル状態であるとき、ビームの１セットのみ、即ちビーム１７６又はビーム１７７のみが、スキャニングスイープにおいて、最小数の放射器２００をもつ軸のみに対して、スキャニングされる。スキャニングは、ビーム１７６とビーム１７７との間でトグルし、従って、軸に沿った２つのスキャニングスイープは、その軸に沿った各放射器−受光器対をアクチベートする。より多数の放射器をもつ他の軸は、タッチが生じたとき、又は信号がその基準値から予想ノイズレベルよりも異なるとき、或いはいずれかの軸に対する基準値の更新が遂行されるときだけ、スキャニングされる。基準値については、以下に詳細に述べる。
【０２１８】
図８０の（Ａ）は、左に１５°の角度で受光器３０１へ光を送光する放射器２０１を示し、（Ｂ）は、右に１５°の角度で受光器３０２へ光を送光する放射器２０１を示し、（Ｃ）は、左に１５°の角度で受光器３０２へ光を送光する放射器２０２を示し、そして（Ｄ）は、到来光を屈折するマイクロ構造体を示す。図８０に示す放射器レンズ及び受光器レンズは、（ｉ）放射器レンズの表面に沿った複数の位置から左右両方向に光を放射するために、及び（ii）受光器レンズの表面に沿った任意の位置において任意の入射角で受光される光が受光器により検出されることを保証するために、（Ｄ）に示すマイクロ構造体が装備される。
【０２１９】
本発明の一実施形態により、タッチスクリーンシステムにおける複数の放射器−受光器対によってタッチ位置を決定する技術を簡単に示す図８１を参照する。図８１には、タッチスクリーン上に各々巾ｋの２つの受光器レンズ５０８及び５０９に対向して配置された巾ｋの光放射器レンズ５０６が示されている。スクリーンにタッチするポインタ９００は、光放射器レンズ５０６から放射される光ビームの一部分を遮る。光放射器レンズ５０６は、両受光器レンズ５０８及び５０９をカバーする重畳するビームを放射する。広いビームの広がり角度は、スクリーンの大きさ、及びｘ軸に沿ったレンズ巾ｋに依存する。又、別の光放射器レンズ５０７が、受光器レンズ５１０の下に素子巾ｍの半分だけシフトされて、示されている。
【０２２０】
同様に、受光素子のブロック５０２及び５０３に対向して配置された光放射素子のブロック５００及び５０１を有する図５１に示すシステムのようなシステムでは、受光素子の各ブロックの位置は、光放射素子の中心を２つの受光素子間の境界に整列させるために、素子距離の半分だけシフトされる。
【０２２１】
本発明の一実施形態によれば、光放射器レンズ５０６の少なくとも１つの表面は、複数の隆起でテクスチャ化される。各隆起は、２つの対向する受光器レンズ５０８及び５０９に及ぶ光ビームに広がる。従って、光放射器レンズ５０６の表面に沿った多数の点の各々からの光は、対向する両受光器レンズ５０８及び５０９に到達し、そして隣接受光器により検出された光ビームが重畳する。構成No.２では、これら隆起が羽毛パターンを形成し、そして構成No.３では、これら隆起が管状パターンを形成する。
【０２２２】
本発明の実施形態によれば、隆起は、タッチスクリーンの構成に基づいて、ほぼ０．２−０．５ｍｍのピッチを各々有するマイクロレンズを形成する。羽毛パターンのケースでは、隆起が扇を形成し、それらのピッチは、隆起が内方に進みそして互いに接近するにつれて狭くなる。管状パターンのケースでは、各マイクロレンズのピッチは、マイクロレンズの長さに沿って一定のままである。
【０２２３】
受光器レンズの表面に沿った多数の点の各々に到達する光の少なくとも一部分が受光器のホトダイオードに到達するために、受光器レンズ５０８及び５０９の各々の少なくとも１つの表面も、同様にテクスチャ化される。
【０２２４】
本発明の一実施形態によれば、出力ｘ及びｙ座標は、時間的及び空間的にフィルタリングされる。以下の説明は、ｘ座標の決定に関するものであり、当業者であれば、同じ方法がｙ座標の決定にも適用されることが明らかであろう。
【０２２５】
構成No.２及び３は、タッチ位置が少なくとも２つの放射器−受光器対により検出されることを示している。図８１は、ｘ軸に沿った物体９００のタッチ位置を検出する２つのそのような放射器−受光器対５０６−５０８及び５０６−５０９を示している。図８１において、ビーム５０６−５０８は、ビーム１７８により表され、そしてビーム５０６−５０９は、ビーム１７９により表される。図８１は、３つの検出エリア、即ち（ｉ）右傾斜線で埋められた楔として描かれた、放射器−受光器対５０６−５０８により検出されるスクリーンエリア、（ii）左傾斜線の楔として描かれた、放射器−受光器対５０６−５０９により検出されるスクリーンエリア、及び（iii）平行線交差パターンの楔として描かれた、両放射器−受光器対５０６−５０８及び５０６−５０９により検出されるスクリーンエリアを示す。この第３スクリーンエリアの左右の境界は、各々、線Ｘ1及びＸ2として示される。
【０２２６】
物体９００のタッチ位置（ＸP、ＹP）のｘ座標ＸPを決定するために、ｙ軸に沿った全ての放射器−受光器対の中で最大タッチ検出信号を有する放射器−受光器対のｙ軸に沿った位置に対応する初期ｙ座標Ｙinitialが決定される。図８１において、この放射器−受光器対は、５０７−５１０である。次いで、図８１にＸ1及びＸ2と示された線は、位置（Ｘa、Ｙinitial）及び（Ｘb、Ｙinitial）において線ｙ＝Ｙinitialと交差するまで横断する。図８１には、座標Ｘa及びＸbが示されている。次いで、物体９００のｘ座標が重み付けされた平均を使用して決定される。
ＸP＝（ＷsＸa＋ＷbＸb）／（Ｗa＋Ｗb）                          （１）
但し、重みＷa及びＷbは、各々、ビーム１７８及び１７９に対する正規化された信号差である。使用する信号差は、基線又は予想光値と実際の検出光値との間の差である。そのような差は、物体がスクリーンにタッチして、予想される光の一部分を遮ることを指示する。重みの校正及び正規化について以下に述べる。同様に重み付けされた平均を使用して、ｙ座標ＹPを決定する。
【０２２７】
ポインタ９００が３つ以上の放射器−受光器対により検出される場合には、前記重み付け平均は、次のように一般化される。
ＸP＝Σ（ＷnＸn）／（ΣＷn）                                    （２）
但し、重みＷnは、正規化された信号差であり、そしてＸnは、重み位置である。
【０２２８】
ポインタ９００が小さな物体である本発明の一実施形態では、最大信号差を、２つの最も接近した信号に関連して使用して、位置を計算する。これは、小さな物体に対する信号差が小さく、従って、ノイズが顕著なエラーファクタになるという事実を補償するものである。２つの最も接近した信号を使用することで、ノイズによるエラーが減少される。本発明の別の実施形態では、２つの最も大きな信号差のみが使用される。
【０２２９】
本発明の一実施形態により、図７９及び８０の構成に対する光ガイドフレームを示す図８２を参照する。図８２には、光放射器レンズ５１１及び受光器レンズ５１２をもつ光ガイドフレームの４つの縁が示されている。フレームの内側の縁は、ビーム１８２によって完全に覆われないことに注意されたい。従って、本発明のある実施形態では、破線の長方形で示された内側のタッチエリア９９３が使用される。
【０２３０】
信号ノイズによるエラーを減少するために、最終的な座標は、上述したように決定された空間的にフィルタリングされた現在座標値及び以前の座標値を使用して、時間的フィルタの出力として決定される。現在ｘ座標に与えられるフィルタの重みが高いほど、出力がその値により接近し、フィルタの影響がより少なくなる。一般的に、両座標値に対し実質的に等しい重みを使用することで強力なフィルタが得られる。本発明の一実施形態では、時間的フィルタは、ローパスフィルタであるが、本発明では他のフィルタも意図される。本発明の一実施形態によれば、異なるケースでは予め指定された異なるフィルタ重み係数が使用される。別の実施形態では、必要に応じて、フィルタ重み係数が計算される。
【０２３１】
適当なフィルタ係数の選択は、スキャニング周波数、タッチ物体がスクリーンを横切って移動する速度、物体の動きがまっすぐな線に沿ったものであるか否か、及びタッチ物体のサイズに基づく。
【０２３２】
一般的に、スキャニング周波数が高いほど、現在座標値が以前の座標値に近く、そしてより強力なフィルタが使用される。スキャニング周波数は、物体の移動速度及び方向を推定するのに使用される。スキャニング周波数に基づいて、スレッシュホールド距離が２つの入力値に指定され、スレッシュホールドは、高速移動を指示する。現在座標値と以前の座標値との間の距離がスレッシュホールド距離より大きい場合には、出力座標が実際のタッチ位置の後方に著しく遅れないように、弱いフィルタが使用される。フィルタ
output_val＝1/10＊previous_val＋9/10＊current_val                （３）
は、このケースにおいて良好な結果を与えることが実験で分かった。更に、以下に述べる遅延値は、このケースにおける出力値に等しくなるようリセットされる。
【０２３３】
現在座標値と以前の座標値との間の差がスレッシュホールド距離より小さい場合には、遅延値が決定される。遅延値は、軸に沿った速度及び方向を指示する。値
lag＝5/6＊lag＋1/6＊current_val                                  （４）
は、このケースにおいて良好な結果を与えることが実験で分かった。フィルタの重み係数は、遅延値と現在座標値との間の差に基づいて選択される。一般的に、高速移動又は突然の方向変化を表わすこの差が大きいほど、フィルタは弱いものとなる。
【０２３４】
例えば、タッチ物体が静止している場合には、遅延値が最終的に現在座標値にほぼ等しくなる。そのようなケースでは、信号ノイズが、空間的に計算されたタッチ位置に小さな差を生じさせ、ひいては、障害となるジッタ作用を生じさせ、即ちタッチスクリーンが物体ジッタを示すことになる。強力な時間的フィルタを使用すると、そのようなジッタが実質的に減衰する。
【０２３５】
タッチ物体が高速移動するか、又は突然の方向変化を生じる場合には、強力な時間的フィルタは、実際のタッチ位置と、表示されるタッチ位置との間に気付き得る遅延を招くことがある。個人がスタイラスで書くケースでは、書かれる線がスタイラスの後方で遅延することがある。このようなケースでは、弱い時間的フィルタを使用することで、そのような遅延が減少される。
【０２３６】
スクリーンにタッチする指又は他の鈍角物体のようなタッチ物体が比較的広いスクリーンエリアを覆うときには、実際の指の動きと、表示される動きの跡との間の遅延に気付くことが少ない。というのは、指が遅延のエリアを覆うからである。このようなケースでは、異なる時間的フィルタが使用される。
【０２３７】
使用される物体の形式、指対スタイラス、は、予想されるユーザの振舞いを知ることで推測され、例えば、指タッチに意図されたユーザインターフェイスは、指が使用されることを仮定する。又、物体の形式は、物体により形成される陰影エリアにより推測される。それ故、陰影放射器信号に基づいて決定されるタッチエリアのサイズは、時間的フィルタ重み係数を選択するのに使用されるファクタでもある。
【０２３８】
本発明の一実施形態による光学的タッチスクリーンのタッチ検出方法の簡単なフローチャートである図８３を参照する。動作１０２１において、複数の放射器−受光器対からの信号を処理する空間的フィルタに基づいて、現在座標値が受け取られる。スキャン周波数に基づいてスレッシュホールド距離が与えられる。動作１０２２において、現在座標値と以前の座標値との間の差がスレッシュホールド距離と比較される。その差がスレッシュホールド距離以下である場合には、動作１０２３において、式（４）のように、新たな遅延値が計算される。動作１０２４において、時間的フィルタ重み係数が、現在座標値と遅延値との間の差に基づいて決定される。動作１０２５において、式（３）のように、時間的フィルタを適用して、出力座標値を計算する。
【０２３９】
動作１０２２において、現在座標値と以前の座標値との間の差がスレッシュホールド距離より大きい場合には、動作１０２６において、弱いフィルタ重み係数が選択される。動作１０２７において、式（３）のように、時間的フィルタを適用して、出力座標値を計算する。動作１０２８において、遅延値が出力座標値にセットされる。
【０２４０】
本発明の実施形態は、タッチスクリーンの２つの角で２つのタッチが同時に生じるようなマルチタッチ動作を検出するための方法及び装置を提供する。そのようなマルチタッチの例は、図８４−８６に示す回転ジェスチャーであり、ユーザは、２本の指９００をスクリーン８００に置いて、軸の周りで回転する。図８及び９を参照して前記で指摘したように、光ベースのシステムは、左上及び右下のタッチと左下及び右上のタッチとの間を区別することが困難である。以下に述べるように、シフト整列された放射器及び受光器を使用することで、そのような区別が可能となる。
【０２４１】
本発明の一実施形態によれば、第１軸に沿った受光器からのデータを使用して、２つの軸に沿ったタッチ位置を決定する。本発明の一実施形態によりタッチスクリーン上の種々の位置における指９００のタッチ事象を示す図８７−９０、及びタッチ事象中の光飽和の棒グラフである各々対応する図９１−９４を参照する。図８７は、放射器の列付近で２つの放射器間に位置するタッチを示す。図８８は、受光器の列付近に位置して１つの受光器を遮るタッチを示す。図８９は、放射器の列付近に位置して１つの放射器を遮るタッチを示す。図９０は、受光器の列付近で２つの受光器間に位置するタッチを示す。
【０２４２】
図９１−９４は、各々、２つの棒グラフを含み、即ちｘ軸に沿った受光器における光の飽和を示す上部グラフと、ｙ軸に沿った受光器における光の飽和を示す下部グラフとを含む。受光器の各行は、放射器の対向行とシフト整列されている。従って、各放射器は、２つの受光器により検出される。対応的に、図９１−９４は、放射器ごとに２本の棒、受光器ごとに１本の棒を示している。
【０２４３】
図９１−９４は、４つの個別の検出パターンを示す。図９１は、２つの各放射器から１つの受光器により主として検出される光の不存在を示す。光の不存在は、適度である。図９２は、２つの各放射器から１つの受光器により主として検出される光の不存在を示す。光の不存在は多量である。図９３は、遮られた放射器からの予想される光の多量の不存在を検出する２つの隣接受光器を示す。両受光器は、隣接素子からの若干の光を検出する。図９４は、遮られた放射器からの予想される光の適度な不存在を検出する２つの隣接受光器を示す。両受光器は、隣接放射器から若干の光を検出する。テーブルＩは、これらの異なるパターンの概略を示す。
【表４】
0005853016.tif 000005
【０２４４】
本発明の一実施形態によれば、マルチタッチの位置の決定は、テーブルＩに示すパターンに基づく。従って、図８５に戻ると、受光器の２つの行に沿って４つの検出点が示されている。検出Ｄ１−Ｄ４は、スクリーンの右上及び左下の角におけるタッチ点９７１を検出する。各点の検出パターンが形式１又は３であるか、形式２又は４であるかに基づき、検出パターンは、それに対応するタッチが放射器に接近しているか、受光器に接近しているか決定する。各タッチは、２つの独立した指示子、即ちＸ軸検出器及びＹ軸検出器を有する。従って、図８５の検出点９７１については、検出Ｄ１及びＤ３が形式２又は４であり、そして検出Ｄ２及びＤ４が形式１又は３である。対照的に、図８６の検出点９７１については、検出Ｄ２及びＤ４が形式２又は４であり、そして検出Ｄ１及びＤ３が形式１又は３である。
【０２４５】
検出点の独立した評価に加えて、どのタッチ点が放射器又は受光器に近いか決定するために種々の検出パターンがランク付けされる。
【０２４６】
更に、タッチ点９７１からタッチ点９７２へ回転ジェスチャーが遂行されるとき、検出の移動は、ジェスチャーが放射器から離れて受光器に向かって滑走するか、又はその逆であるか区別する。特に、その後の検出が比較され、そして各検出パターンが形式１又は３に類似したものになるか或いは形式２又は４に類似したものになるかに基づいて区別がなされる。
【０２４７】
本発明の一実施形態により対角方向に対向する同時タッチの位置を決定するための方法の簡単なフローチャートである図９５を参照する。動作１０３１において、図８５及び８６に示したｘ座標Ｄ１及びＤ２、並びにｙ座標Ｄ３及びＤ４のような、２つのｘ座標及び２つのｙ座標が検出される。動作１０３２において、検出されたｘ座標を分析し、テーブルＩにリストされたものの中から検出のパターンを識別する。動作１０３３において、検出されたｘ座標を、指定のスクリーン縁に接近して又はそこから離れて生じたタッチに従って、動作１０３２で検出されたパターンに基づき、及びテーブルＩの「タッチ位置」欄に基づいて、ランク付けする。ｙ座標は、指定の縁からの距離を表わす。動作１０３４において、各ランク付けされたｘ座標を、それに対応するｙ座標と対にする。動作１０３５−１０３７は、ｘ座標について遂行された動作１０３２−１０３４と同様に、ｙ座標について遂行する。動作１０３８において、２組の結果を比較する。
【０２４８】
本発明の一実施形態により、時計方向ジェスチャーと反時計方向ジェスチャーとを区別するための方法の簡単なフローチャートである図９６を参照する。動作１０４１において、ｘ軸に沿って２つの滑走ジェスチャーを検出する。各滑走ジェスチャーは、一連の接続されたタッチ位置として検出される。従って、図８５及び８６を参照すれば、第１の滑走ジェスチャーは、ｘ座標Ｄ１で始まる接続された一連のタッチ位置として検出され、そして第２の同時の滑走ジェスチャーは、ｘ座標Ｄ２で始まる接続された一連のタッチ位置として検出される。動作１０４２において、ｘ滑走検出を分析して、各一連のものにおいて生じる検出の形式をテーブルＩにリストされたパターンの中から決定する。
【０２４９】
動作１０４３において、ｘ滑走検出を、指定のスクリーン縁に接近して又はそこから離れて生じたタッチに従って、動作１０４２で決定された検出パターンに基づき、及びテーブルＩの「タッチ位置」欄に基づいて、ランク付けする。動作１０４３は、ある時間インターバルにわたる一連の接続されたタッチ検出に関連している。各一連のものは、一般的に、滑走が指定の縁に接近したものであるか、そこから離れたものであるかに基づき、テーブルＩにリストされたパターン１及び３、又はパターン２及び４のタッチ検出を含む。滑走を含む個々の検出を分析するのに加えて、一連のタッチ検出も分析して、滑走が指定の縁に近づくか又は離れるかを、時間にわたる検出の強度の比較に基づいて決定する。例えば、複数のパターン１検出を有する１つの一連の検出では、遮られる光の量が時間と共に増加する場合には、滑走が受光器に向かって移動し、さもなければ、滑走が放射器に向かって移動すると推測される。
【０２５０】
ｙ座標は、放射器の縁のような指定の縁からの距離を表わす。動作１０４４において、ランク付けされた各ｘ軸滑走を、それに対応するｙ軸滑走と対にする。動作１０４５−１０４７は、ｘ軸滑走に対して遂行される動作１０４２−１０４４と同様に、ｙ軸滑走に対して遂行する。動作１０４８において、２セットの結果を比較する。ステップ１０４９において、回転ジェスチャーが時計方向であるか反時計方向であるかの区別を行う。
【０２５１】
タッチスクリーンコンポーネントの校正
本発明の一実施形態による光学的タッチスクリーンのための校正及びタッチ検出方法の簡単なフローチャートである図９７を参照する。一般的に、各放射器／受光器対の信号は、機械的公差及びコンポーネント公差のために、他の対の信号とは著しく異なる。全ての信号レベルが、許容信号対雑音比を有する予め指定された範囲内に入るように保証するために、個々の放射器及び受光器の校正が遂行される。
【０２５２】
本発明の一実施形態によれば、校正は、（ｉ）パルス巾、及び（ii）パルス強度、即ち放射器電流、を個々にセットすることにより遂行される。電力消費の理由で、大電流及び短いパルス巾が好ましい。信号が、予め指定された範囲より低い場合には、パルス巾及び／又はパルス強度が増加される。信号が、予め指定された範囲より高い場合には、パルス巾及び／又はパルス強度が減少される。
【０２５３】
図９７に示すように、校正（動作１０５１）は、ブートアップ（動作１０５０）において遂行され、そして信号が、予め指定された範囲外であると検出された（動作１０５５）ときに遂行される。校正は、タッチが検出されないとき（動作１０５３）、及び同じ軸の全ての信号が安定であるとき（動作１０５４）、即ち信号の差がある期間にわたってノイズレベル内であるときだけ、遂行される。
【０２５４】
各放射器／受光器対の基準信号値を比較の基礎として使用して、タッチを確認すると共に、隣接部にわたりタッチ座標の重み付けされた平均値を計算する。放射器／受光器対の基準信号値は、通常の信号レベルである。基準信号値は、ブートアップ時に収集され、そして周囲光の変化又は機械的な変化のような変化が検出されたときに更新される。一般的に、図９７に示すように、基準信号値は、信号が安定であるとき（動作１０５４）、即ち信号が時間と共にある数（Ｎ）のサンプルに対しそれらの予想範囲内にあるときに、更新される（動作１０５６）。
【０２５５】
スクリーンのタッチエリア内でのタッチは、スクリーン表面を若干屈曲させて、タッチエリア外のホトダイオードで検出される信号値に影響を及ぼす反射を引き起こす。そのような屈曲は、タッチ物体がスタイラスのような微細なもの又は尖ったものであるときに、より顕著となる。このような屈曲を考慮するため、タッチが検出されたとき（動作１０５３）、タッチエリア外の全ての安定な信号（動作１０５８）は、基準更新を受ける（動作１０５９）。タッチが存在せず、且つ全ての信号が安定である（動作１０５４）が、軸に沿った信号が基準値から予想ノイズレベルより異なる（動作１０５５）ときには、放射器が校正される（動作１０５１）。基準値の再校正及び更新は、スクリーンフレームの屈曲又はねじれによる機械的ストレスのための信号値のような時間的信号値の影響を回避するために安定な信号を要求する。
【０２５６】
ノイズによるエラーを更に回避するために、放射器／受光器対の結果が以前の結果から予想ノイズレベルより異なる場合には、新たな測定を遂行し、そして両結果を以前の結果と比較して、最良の一致を得る。最終的な値が予想ノイズレベル内にある場合には、カウンタがインクリメントされる。さもなければ、カウンタがクリアされる。カウンタは、その後、基準値を更新しそして再校正を行うときに、信号が安定であるか不安定であるか決定するのに使用される。
【０２５７】
各完全なスキャンの後、信号は、それらの各基準値で正規化される。正規化された信号がタッチスレッシュホールド以上である場合には、基準値の再校正又は更新が必要であるかどうかのチェックがなされる。正規化された信号がタッチスレッシュホールドより低い場合には、タッチが検出される（動作１０５３）。
【０２５８】
突然の障害による偽警報タッチ検出の危険性を減少するため、指が最初にスクリーンにタッチするときのようにスクリーンとの最初の接触点を検出するためのスレッシュホールドは、スクリーンにタッチしながらスクリーンに沿って指を滑走するような接触点の移動を検出するためのスレッシュホールドより厳密である。即ち、スクリーン表面に沿った物体の移動を検出するのに要求される差に比して、最初のタッチを検出するには、より大きな信号差が要求される。更に、最初の接触は、タッチが有効であり且つタッチの位置がほぼ同じ位置のままであることを再スキャンで検証するまで、保留として処理される。
【０２５９】
タッチ物体のサイズを決定するために（動作１０５７）、遮られた信号及びそれらの振幅の範囲が測定される。大きな物体については、タッチが落ち着くまで、スクリーンとの最初の接触点の検出に対して待機がある。というのは、大きな物体のタッチは、一般的に、物体が実際にスクリーンにタッチする前にスクリーン付近にあるときに検出されるからである。更に、大きな物体がタッチエリアに対して垂直ではない方向にスクリーンに接近するときには、その後の位置が最初の接触位置から若干移動する。
【０２６０】
しかしながら、接触面積の小さい物体、例えば、ペンやスタイラスは、典型的に、意図されたスクリーン位置に直接置かれる。従って、本発明のある実施形態では、細い物体の最初の接触を検出するための待機は、短縮されるか、又は完全にスキップされる。
【０２６１】
タッチスクリーンをもつ装置をポーチ又はポケットに保管するときに常時タッチの検出を防止するため、タッチを生じる物体のサイズを制限するのが好都合であると分かった。
【０２６２】
動作１０５３において、有効タッチを表わす信号と、機械的な作用から生じる信号との間を区別することも必要である。この点に関して、本発明の一実施形態により、タッチで発生された信号と、機械的作用で発生された信号との間の差を示す図である図９８を参照する。図９８に見られるように、信号の勾配が有効なタッチと機械的な作用との間を区別する。
【０２６３】
本発明の一実施形態により光学的タッチスクリーンを校正するときにパルス強度をセットするためのコントロール回路の簡単な図である図９９を参照する。又、本発明の一実施形態により、光学的タッチスクリーンを校正するための、最小電流から最大電流までの範囲のパルス強度に対して校正パルスをプロットしたグラフである図１００も参照する。図１００は、６つの異なるパルス巾（パルスタイム１−パルスタイム６）に対する曲線と、各曲線に対する１６のパルス強度レベル（１−１６）とを示している。
【０２６４】
図９９のコントロール回路は、各可変抵抗器Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３及びＲ４をもつ４個のトランジスタを含む。抵抗器の値は、信号レベルをコントロールし、そしてそれらの値間の比は、図９９に示すパルス曲線の勾配をコントロールする。
【０２６５】
本発明の一実施形態により、光学的タッチスクリーンを校正するための、簡単なパルス図、及びそれに対応する出力信号グラフである図１０１を参照する。簡単なパルス図は、図１０１の左側であり、タッチスクリーンを校正するときにコントロール回路により管理される異なるパルス巾ｔ0、・・・ｔNを示す。図１０１に示すように、複数の段階的変化を使用してパルスの巾をコントロールし、そして複数の段階的変化を使用してパルス電流をコントロールする。それに対応する出力信号グラフが図１０１の右側である。
【０２６６】
図１０１に示すように、異なるパルス巾が、異なる立ち上り時間及び異なる振幅を生じる。信号ピークは、アナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）サンプラーがそのサンプル・ホールド回路を閉じるときの時間に接近して生じる。最大出力信号を得るために、放射器パルス巾は、Ａ／Ｄサンプリングウインドウの端又はその付近で終了するようにコントロールされる。Ａ／Ｄサンプリング時間は、固定であるから、Ａ／Ｄサンプリングの開始と、パルスアクチベーション時間との間のタイミングｔdは、重要なファクタである。
【０２６７】
タッチスクリーンコンポーネントのアッセンブリ
上述したように、広い光ビームの形状を変更する光ガイドを、各光放射器及び受光器と整列するときには、光学的タッチスクリーンにおいて正確な精度を達成するために最小の公差が要求される。僅かな不正列があると、光ビームを変更することによりタッチ検出の精度が甚だしく低下する。表面マウントの受光器及び送光器を、それらが各光ガイド適切に整列されるように正確に配置することは困難である。
【０２６８】
この困難さのために、本発明の一実施形態では、光ガイド及び送光器又は受光器が、図４９−５２を参照して上述したように、単一モジュール又は光学的素子へと結合される。
【０２６９】
ある場合には、例えば、標準的な放射器及び受光器コンポーネントを使用するために、放射器又は受光器を光学的素子へと結合しないのが好都合である。このような場合には、コンポーネントの正確な配置が重要である。
【０２７０】
本発明の幾つかの実施形態では、羽毛パターンを含む光学レンズが、スクリーンに適合するフレームの一部分である。図３７は、ＬＥＤ２００とは個別のそのようなフレーム４５５の断面図である。
【０２７１】
本発明の一実施形態により、放射器又は受光器のようなコンポーネントを、とりわけ、プリント回路板のような基板又は光学的コンポーネントに位置付ける精度を高めるために毛細管作用をどのように使用するか示す図１０２を参照する。図１０２には、光学的コンポーネント又は一時的ガイド５１３と整列される放射器又は受光器３９８が示されている。光学的コンポーネント又は一時的ガイド５１３は、ガイドピン７６４によってプリント回路板７６３に固定される。半田パッド７６５は、コンポーネント半田パッド７６６からオフセットして配置される。次いで、プリント回路板７６３が半田付けのために加熱オーブンに挿入される。
【０２７２】
本発明の一実施形態により、加熱オーブンに通した後の図１０２のプリント回路板７６３を示す図１０３を参照されたい。図１０３に示したように、コンポーネント３９８は、半田の毛細管作用により、しかるべき場所に吸い込まれ、光学的コンポーネント又は一時的ガイド５１３のノッチ７６８及び空洞７６９によりガイドされる。一時的ガイドが使用されるときには、それがその後の半田付けのために再使用されてもよい。
【０２７３】
図１０２及び１０３を参照して述べるプロセスは、電子装置の大量生産に使用するのに適している。
【０２７４】
本発明は、小サイズ、中サイズ及び大サイズスクリーンを含むタッチ感知スクリーンを伴う電子装置に広く適用される。このような装置は、とりわけ、コンピュータ、家庭用娯楽システム、車用娯楽システム、セキュリティシステム、ＰＤＡ、セルラーホン、電子ゲーム及び玩具、デジタルフォトフレーム、デジタル楽器、ｅ−ブックリーダー、ＴＶ及びＧＰＳナビゲータを含む。
【０２７５】
以上、特定の実施形態を参照して本発明を説明した。しかしながら、特許請求の範囲に述べる本発明の広い精神及び範囲から逸脱せずに、それらの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る。従って、本明細書及び添付図面は、単なる例示であって、それに限定されるものではない。
【符号の説明】
【０２７６】
１００、１０１、１０２：光
１０５、１０６、１９０、１９１：光ビーム
１４２、１９２：弧
１４４：広いビーム
２００：放射器
２０１−２０３：放射器
３００：受光器
３０１−３０５：受光器
４００：ミラー又は光学的レンズ
４０１、４０２：光ガイド
４０７：小さなフレーム
４３７、４３８：反射器
４３９、４４０：コリメートレンズ
４４４：マイクロレンズ表面
４５１、４５２：反射面
４５０、４５５：光ガイド
４５７：内部コリメートレンズ
４５８：マイクロレンズ
５２４：フラットな透明ガラス
５２５、５２７：コリメートレンズ
５２６：フラットなガラス
６００：ＬＣＤディスプレイ
６３６：ディスプレイ
６３７：スクリーン
８００：タッチスクリーン
７２０、７３０：シフトレジスタ
７７０：計算ユニット
８２６：電子装置
８２７：外部ケース
９００：指
９０１、９０２：ポインタ
９８０：タッチ点
【図１】
0005853016.tif 000006
【図２】
0005853016.tif 000007
【図３】
0005853016.tif 000008
【図４】
0005853016.tif 000009
【図５】
0005853016.tif 000010
【図６】
0005853016.tif 000011
【図７】
0005853016.tif 000012
【図８】
0005853016.tif 000013
【図９】
0005853016.tif 000014
【図１０】
0005853016.tif 000015
【図１１】
0005853016.tif 000016
【図１２】
0005853016.tif 000017
【図１３】
0005853016.tif 000018
【図１４】
0005853016.tif 000019
【図１５】
0005853016.tif 000020
【図１６】
0005853016.tif 000021
【図１７】
0005853016.tif 000022
【図１８（Ａ）】
0005853016.tif 000023
【図１８（Ｂ）】
0005853016.tif 000024
【図１８（Ｃ）】
0005853016.tif 000025
【図１９（Ａ）】
0005853016.tif 000026
【図１９（Ｂ）】
0005853016.tif 000027
【図１９（Ｃ）】
0005853016.tif 000028
【図２０（Ａ）】
0005853016.tif 000029
【図２０（Ｂ）】
0005853016.tif 000030
【図２０（Ｃ）】
0005853016.tif 000031
【図２１（Ａ）】
0005853016.tif 000032
【図２１（Ｂ）】
0005853016.tif 000033
【図２１（Ｃ）】
0005853016.tif 000034
【図２２】
0005853016.tif 000035
【図２３】
0005853016.tif 000036
【図２４】
0005853016.tif 000037
【図２５】
0005853016.tif 000038
【図２６】
0005853016.tif 000039
【図２７】
0005853016.tif 000040
【図２８】
0005853016.tif 000041
【図２９】
0005853016.tif 000042
【図３０】
0005853016.tif 000043
【図３１】
0005853016.tif 000044
【図３２】
0005853016.tif 000045
【図３３】
0005853016.tif 000046
【図３４】
0005853016.tif 000047
【図３５】
0005853016.tif 000048
【図３６】
0005853016.tif 000049
【図３７】
0005853016.tif 000050
【図３８】
0005853016.tif 000051
【図３９】
0005853016.tif 000052
【図４０】
0005853016.tif 000053
【図４１】
0005853016.tif 000054
【図４２】
0005853016.tif 000055
【図４３】
0005853016.tif 000056
【図４４】
0005853016.tif 000057
【図４５】
0005853016.tif 000058
【図４６】
0005853016.tif 000059
【図４７】
0005853016.tif 000060
【図４８】
0005853016.tif 000061
【図４９】
0005853016.tif 000062
【図５０】
0005853016.tif 000063
【図５１】
0005853016.tif 000064
【図５２】
0005853016.tif 000065
【図５３】
0005853016.tif 000066
【図５４】
0005853016.tif 000067
【図５５】
0005853016.tif 000068
【図５６】
0005853016.tif 000069
【図５７】
0005853016.tif 000070
【図５８】
0005853016.tif 000071
【図５９】
0005853016.tif 000072
【図６０】
0005853016.tif 000073
【図６１】
0005853016.tif 000074
【図６２】
0005853016.tif 000075
【図６３】
0005853016.tif 000076
【図６４】
0005853016.tif 000077
【図６５】
0005853016.tif 000078
【図６６】
0005853016.tif 000079
【図６７】
0005853016.tif 000080
【図６８】
0005853016.tif 000081
【図６９】
0005853016.tif 000082
【図７０】
0005853016.tif 000083
【図７１】
0005853016.tif 000084
【図７２】
0005853016.tif 000085
【図７３】
0005853016.tif 000086
【図７４】
0005853016.tif 000087
【図７５】
0005853016.tif 000088
【図７６】
0005853016.tif 000089
【図７７】
0005853016.tif 000090
【図７８】
0005853016.tif 000091
【図７９（Ａ）】
0005853016.tif 000092
【図７９（Ｂ）】
0005853016.tif 000093
【図７９（Ｃ）】
0005853016.tif 000094
【図７９（Ｄ）】
0005853016.tif 000095
【図７９（Ｅ）】
0005853016.tif 000096
【図８０（Ａ）】
0005853016.tif 000097
【図８０（Ｂ）】
0005853016.tif 000098
【図８０（Ｃ）】
0005853016.tif 000099
【図８０（Ｄ）】
0005853016.tif 000100
【図８１】
0005853016.tif 000101
【図８２】
0005853016.tif 000102
【図８３】
0005853016.tif 000103
【図８４】
0005853016.tif 000104
【図８５】
0005853016.tif 000105
【図８６】
0005853016.tif 000106
【図８７】
0005853016.tif 000107
【図８８】
0005853016.tif 000108
【図８９】
0005853016.tif 000109
【図９０】
0005853016.tif 000110
【図９１】
0005853016.tif 000111
【図９２】
0005853016.tif 000112
【図９３】
0005853016.tif 000113
【図９４】
0005853016.tif 000114
【図９５】
0005853016.tif 000115
【図９６】
0005853016.tif 000116
【図９７】
0005853016.tif 000117
【図９８】
0005853016.tif 000118
【図９９】
0005853016.tif 000119
【図１００】
0005853016.tif 000120
【図１０１】
0005853016.tif 000121
【図１０２】
0005853016.tif 000122
【図１０３】
0005853016.tif 000123