(57)【要約】【課題】光センサを用いたタッチセンサシステムを薄型化する。【解決手段】ディスプレイ・システム２１の両側に発光デバイス２２およびフォトデテクタ２３が配列される。発光デバイス２２にはライトガイド２４が、フォトデテクタ２３にはライトガイド２５が、それぞれ取り付けられる。発光デバイス２２から出射された光は、ライトガイド２４で９０度向きを変えられてディスプレイ・システム２１の表示面に沿う方向に進み、ライトガイド２５に入射して、フォトデテクタ２３の受光面に導かれる。ディスプレイ・システム２１の表示面に指等で触れることにより、ライトガイド２５への光の入射が妨げられて指等の存在が検出される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を放射する発光デバイスと、
前記発光デバイスから放射された光を受け、ディスプレイ画面の表面を横切る方向に前記光が進むように導く屈曲型導光体と、
前記光を検出する光デテクタと
を具備することを特徴とするタッチ入力システム。
【請求項２】
前記屈曲型導光体が、約９０°の角度に屈曲された形状を有することを特徴とする請求項１に記載のタッチ入力システム。
【請求項３】
前記屈曲型導光体は第一の屈曲型導光体であり、
前記光デテクタは、前記ディスプレイ画面の表面を横切って進んだ前記光を受ける第二の屈曲型導光体と、前記第二の屈曲型導光体からの前記光を受けるフォトデテクタとを具備することを特徴とする請求項１に記載のタッチ入力システム。
【請求項４】
前記第一の屈曲型導光体が、約１８０°の角度に屈曲された形状を有し、
前記第二の屈曲型導光体が、約１８０°の角度に屈曲された形状を有する
ことを特徴とする請求項３に記載のタッチ入力システム。
【請求項５】
前記第二の屈曲型導光体が、複数の発光デバイスからの光を前記フォトデテクタへと導くことが出来るように、複数の分岐した部分を含むものであることを特徴とする請求項３に記載のタッチ入力システム。
【請求項６】
前記屈曲型導光体が、円筒形ガラスパイプ、方形断面を有するガラスパイプ、円筒形ポリマーパイプ、方形断面を有するポリマーパイプのうちのいずれか１つであることを特徴とする請求項１に記載のタッチ入力システム。
【請求項７】
デバイスへのタッチ入力を提供する為の方法であって、
発光デバイスから光を放射することと、
前記発光デバイスから放射された前記光の進む方向を変えて前記光がディスプレイ画面の表面を横切る方向に進むように屈曲型導光体を使用することと、
前記光を光デテクタにより検出することと
を有することを特徴とする方法。
【請求項８】
前記屈曲型導光体が、前記光の進む方向を、約９０°変えるものであることを特徴とする請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記光を光デテクタで検出することが、第二の屈曲型導光体を使って前記光がフォトデテクタにより受光されることになるように前記光の進む方向を変えることを含むことを特徴とする請求項７に記載の方法。
【請求項１０】
前記第二の屈曲型導光体が、複数の発光デバイスからの光を前記フォトデテクタへと導くことが出来るように、複数の分岐を含んでいることを特徴とする請求項９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、導光体を使ったタッチ入力システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
タッチパネル・ディスプレイはタッチ入力を可能とする様々な基礎技術を使って実現される。その基礎技術とは、例えば抵抗膜方式タッチ入力システム、静電容量式タッチ入力システム、表面波タッチ入力システム、そして赤外線方式タッチ入力システムを含む。また、近視野撮像やコーナーカメラ撮像等、タッチ入力システムを実現する技術は他にもある。
【０００３】
ＰＤＡやハンディホーンのような小型デバイスの場合、そのタッチ入力システムとして一般的に利用されている技術は抵抗膜方式タッチ入力システムと静電容量方式タッチ入力システムである。
【０００４】
赤外線方式タッチ入力システムは、例えば現金自動預け払い機（ＡＴＭ）、外食産業や調理用コンピュータ、売店、医療機器、処理制御システム、そして輸送追跡システム等、多くのアプリケーションにおいて利用されている。赤外線方式タッチ入力システムの利点の一つとして、これらのシステムにおいては、画面の鮮明度又は輝度を抑制する（低下させる）材料を表示画面上に設ける必要が無いという点が挙げられる。
【０００５】
赤外線方式タッチ入力システムは、一般に発光ダイオード（ＬＥＤ）を、対向するフォトダイオード又はフォトトランジスタ・デテクタと共に用い、これらを表示画面上で作動させる。表示画面の上にあるＬＥＤ及びフォトダイオード又はフォトトランジスタの上には特別なベゼルが使用される。制御回路は、不可視赤外線ビームの格子によって表示画面上をスキャンするのを制御する。スキャンはパルス光線を生成するＬＥＤにより行われ、その光線は対向するフォトデテクタにより検出される。パルスＬＥＤの光線が検出されない場合、スタイラス又は指等の障害物が光線の通過を遮断したことを意味する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ハンディホーンやＰＤＡ等の小型デバイス向けの赤外線方式タッチ入力システムを実現する場合、ＬＥＤ及びフォトデテクタの収容に要するスペースが原因で望ましくないサイズにまで大型化してしまう。ＬＥＤ及びフォトデテクタは一般に方形フレーム上に搭載されており、デバイスの長さと幅を増大させてしまう。よってハンディホーンやＰＤＡ等の小型デバイスに使われる赤外線方式光タッチ入力デバイスの形状因子（フォームファクタ）を小さくすることが重要となっているのである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一実施例によれば、タッチ入力システムは発光デバイス、屈曲型導光体及び光デテクタを含んでいる。発光デバイスは光を発する。屈曲型導光体は発光デバイスが放った光を受け、その光を表示画面の表面を横切る方向へと導く。光デテクタはその光を検出する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
図１は、赤外線方式タッチ入力システムの動作を説明する概略図である。水平方向においては、光エミッタ１０が矢印１５で示される光線を生成し、これが光デテクタ１１により検出される。垂直方向においては、光エミッタ１２が矢印１６で示される光線を生成し、これが光デテクタ１３により検出される。
【０００９】
例えば光エミッタ１０は、以下により詳細を説明するように、発光デバイス及び約９０°の角度に屈曲させた導光体により実現されている。光エミッタ１２は、以下により詳細を説明するように、発光デバイス及び約９０°の角度に屈曲させた導光体により実現されている。光デテクタ１１は、以下により詳細を説明するように、約９０°の角度に屈曲させた導光体及びフォトダイオード又はフォトトランジスタにより実現されている。光デテクタ１３は、以下により詳細を説明するように、約９０°の角度に屈曲させた導光体及びフォトダイオード又はフォトトランジスタにより実現されている。
【００１０】
導光体は約９０°の角度に屈曲したものであるが、異なる屈曲角度を採用することも可能である。例えば、半円を描くように曲げた導光体によれば、光エミッタ及び／又は光デテクタをディスプレイの下に配置することが出来る。同様に、一部のアプリケーションにおいては、導光体の屈曲が例えば４５°（の円弧状）で十分なこともある。
【００１１】
光エミッタ１０及び光エミッタ１２は、それぞれが個々に光を放射する。物体が光の通過を遮断した場合、その遮断は、光を放射した光エミッタに対向している作動中の光デテクタにより検出される。この場合を、光エミッタ１０の１つから光デテクタ１１の１つへの、そして光エミッタ１２の１つから光デテクタ１４の１つへの光の通過を遮断する物体１７により示した。物体１７は、例えば指、スタイラス又は指示を行う為の他の何らかの器具である。どの光デテクタへの光通過が遮断されたかを判定することにより、物体１７に関するｘ及びｙ座標が取得される。この座標データはホストコンピュータが利用する。
【００１２】
図１に示したような屈曲型導光体の利用により、タッチ入力システムを小型デバイス中に支持する為に使われるフレームの幅及び高さが最小化される。タッチ入力システムを小型デバイス中に支持するフレームは、光デテクタ、光エミッタ、それらの光エミッタ及び光デテクタを搭載したプリント回路基板、そして使用されている屈曲導光体を支持している。
【００１３】
図２は、ディスプレイ・システム２１に対する光エミッタ及び導光体の配置を描いたものである。発光デバイス２２は導光体２４を通じて伝送される光を生成する。例えば、発光デバイス２２は発光ダイオード又は他種の何らかの発光デバイスである。導光体２４は約９０°の角度に屈曲している。矢印２６は導光体２４から放射された光がディスプレイ・システム２１を横切る方向を示している。導光体２４から放射された光は、遮断されなかった場合に導光体２５が受けることになる。導光体２５は約９０°の角度に屈曲している。導光体２５が受けた光はフォトデテクタ２３へと送られる。フォトデテクタ２３は、例えばフォトダイオード、フォトトランジスタ、又は光を検出する他の何らかのデバイスである。
【００１４】
例えば、発光デバイス２２は広い光放射面を持っており、非コヒーレント光を生成するものである。導光体２４は、導光体２４と一致する屈折率を持つ光学接合剤を使って発光デバイス２２へと取り付けられている。導光体２５は、導光体２５と一致する屈折率を持つ光学接合剤／エポキシを使って光デテクタ（フォトデテクタ）２３へと取り付けられている。
【００１５】
例えば発光デバイス２２、導光体２４、導光体２５及びフォトデテクタ２３を含んだもの等のタッチ入力デバイスの構成を特定のアプリケーション向けに設計する場合、光学シミュレーション・プログラムを利用することが出来る。加えて、導光体２４、２５の光学的動作を知る為に、光線追跡を用いることも出来る。単純なシーケンシャル光線追跡手法にはいくつかの制約があることから、ノン・シーケンシャル光線をトレースすることにより光出力をシミュレーションすることが出来る。例えば、導光体のシミュレーションにおいては、直角のパイプ（直角に曲げたパイプ）を通じた光の伝搬の計算が実施される。パイプは、例えば円筒形、又は方形断面を有するガラス又はポリマー製のパイプ（中空であっても、中実であってもよい）である。
【００１６】
図２は、光エミッタ（発光デバイス）２２からフォトデテクタ２３へと光を導く為に、光エミッタ２２及びフォトデテクタ２３のそれぞれに１つずつ用いられる２つの導光体を描いたものであるが、本発明の他の実施例においては、たった１つの導光体が用いられる。即ち、光エミッタが発光デバイス及び導光体を用いて実現され、光デテクタが導光体を持たないフォトデテクタで実現される。代わりに、光エミッタを、導光体を持たない発光デバイスで実現し、光デテクタをフォトデテクタ及び導光体で実現することも出来る。
【００１７】
図２に示した導光体は約９０°の角度に屈曲したものであるが、屈曲角度は異なっていても良い。例えば、導光体は４５°に屈曲したものとすることが出来る。代わりに、導光体は例えば半円を描くように屈曲することで、光エミッタ及び／又は光デテクタをディスプレイの下に配置し得るようにすることも出来る。この例は図３に示した。
【００１８】
図３は、ディスプレイ・システム１２１に対する光エミッタ及び導光体の配置を示している。底部部品１２８に搭載された発光デバイス１２２は光を生成し、光は導光体１２４を通じて伝送される。発光デバイス１２２は、例えば発光ダイオード又は他の何らかの種類の発光デバイスである。導光体１２４は約１８０°の角度に屈曲している（半円の円弧状に屈曲している）。矢印１２６は導光体１２４から放射された光が、ディスプレイ・システム１２１の表面を横断する方向を示している。導光体１２４から放射された光は、遮断されなければ導光体１２５が受けることになる。導光体１２５は約１８０°の角度に屈曲している。導光体１２５が受けた光は底部部品１２７上に搭載されたフォトデテクタ１２３へと送られる。フォトデテクタ１２３は、例えばフォトダイオード、フォトトランジスタ又は他の何らかの光を検出するデバイスである。
【００１９】
発光デバイス１２２は、例えば広い放射面を持っており、非コヒーレント光を生成するものである。導光体１２４は、導光体１２４と一致する屈折率を持つ光学接合剤／エポキシを使って発光デバイス１２２へと取り付けられている。導光体１２５は、導光体１２５と一致する屈折率を持つ光学接合剤を使ってフォトデテクタ１２３へと取り付けられている。
【００２０】
図４は発光デバイス２２及びフォトデテクタ２３の一実施例を描いた概略図である。プリント回路基板（ＰＣＢ）３１は、例えばパッケージの幅及び高さを低減する為に用いられる柔軟で薄いＰＣＢである。例えばＰＣＢ３１は、０．３〜０．４ｍｍの薄型を実現する為にビスマレイミドトリアジン（ＢＴ）及びＦＲ４基板を用いる。ＰＣＢ３１を実現する為に、代わりにフレキシブル回路（ＦＣ）を用いることも出来る。ＦＣはポリアミド系の材料で、２層回路で０．２〜０．３ｍｍの薄さを実現するものである。ＦＣは更に、従来のリジッドＰＣＢ材料と比べると、柔軟性を有する利点を持っている。ＦＣはカメラや携帯電話、プリンタ等のスペースの限られたアプリケーションに広く利用されている。ＦＣはまた、メインボードとシャシとの間等の空間に折りたたんで取り付けることが出来る。ＦＣは、例えば非アクティブの液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）と共にタッチ入力システムが使用される際の標準的な断面スペースであるところの、２ｘ２ｍｍ程度の断面スペースしか無いような場合に推奨される。ポリアミドは厚さ１ミルあたりの降伏電圧（耐圧）がＦＲ４よりも高く、極端な温度及び環境条件下ではより高い性能を持っている。
【００２１】
ダイ３２はＰＣＢ３１上に搭載されている。ダイ３２は、発光デバイスを実現する場合はＬＥＤダイ等である。代わりに、フォトデテクタを実現する場合においては、ダイ３２はフォトダイオードである。金線３４はダイ３２上のコンタクト３３とＰＣＢ３１とを接続している。例えば、ＰＣＢ３１がＦＣを用いて実現されている場合、金線３４はＰＣＢ３１へと直接的にボンディングされる。図示した導光体３６は、屈折率の一致する光学接合剤／エポキシ３５を使ってダイ３２へと取り付けられている。屈折率の一致する光学接合剤３５の組成は、赤外線領域での良好な透過率を有するように選択される。
【００２２】
本明細書に開示されているように導光体を利用することで、赤外線方式タッチ入力システムや、タッチ入力位置を判定する為に光検出を用いる他のシステム向けに、より小さなパッケージとする（小型化する）ことが出来るようになる。導光体を光が出る際の照度低下を最小限にすることが求められる携帯電話等のアプリケーションにおいては、導光体の先端にレンズ片を用いることが出来る。これは図５に示した。図５においては、レンズ状の先端４２が導光体４１の端部に取り付けられている、又は作られている。
【００２３】
本発明の他の実施例においては、赤外線方式タッチ入力システムの実現に要するＬＥＤ及び／又はフォトダイオード部品の数を抑制する為に、導光体の分岐が利用される。これは図６に示した。図６は、３つの分岐を持つ導光体５０を示している。
【００２４】
使用し得る分岐数に制限は無いものの、しかしながらこのように作られたタッチ入力システムは、物体が光エミッタの１つから光デテクタへと送られる光が遮られた位置を示す二次元座標を検出及びリポート出来なければならない。例えば、１つの光エミッタがより多数のフォトデテクタと共に使われることになるように、導光体の分岐を利用することが出来る。代わりに、１つのフォトデテクタがより多数の光エミッタと共に使われることになるように、導光体の分岐を利用することが出来る。
【００２５】
本発明の他の実施例においては、１つの光源を使って、導光体の複数の出口ポートにおいて均一に放射させることが出来る。同様に、位置検出デテクタ等の単一のフォトダイオードを用い、フォトデテクタの必要数を低減することも出来る。
【００２６】
上述の説明は、本発明の方法例及び実施例の一部を説明及び開示したものにしか過ぎない。当業者には周知のように、本発明は、その精神又は本質的特性から離れることなく、他の特定の形式で実現することが出来るものである。よって本発明の本開示内容は、説明目的のものであり、本願請求項により設定される本発明の範囲を限定するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】赤外線方式タッチ入力システムの動作を説明する概略図である。
【図２】本発明の一実施例に基づく赤外線方式タッチ入力システムにおける導光体の用法を説明する概略図である。
【図３】本発明の他の実施例に基づく赤外線方式タッチ入力システムにおける導光体の用法を説明する概略図である。
【図４】本発明の一実施例に基づく赤外線方式タッチ入力システムにおける発光ダイオードの一例を描いた概略図である。
【図５】本発明の一実施例に基づく導光体の先端にレンズを使用したものを示す図である。
【図６】本発明の一実施例に基づく赤外線方式タッチ入力システムにおける導光体の分岐を描いた概略図である。
【符号の説明】
【００２８】
２２、１２２  発光デバイス
２１、１２１  ディスプレイ画面
２３、１２３  フォトデテクタ
２４、１２４、３６、４１、５０  第一の屈曲型導光体
２５、１２５、５０  第二の屈曲型導光体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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