(57)【要約】放射散乱／反射要素の位置を判定するための方法及びシステムであって、放射透過性要素面で放射入射する面に放射エミッタが設けられる。この入射放射は散乱／反射要素により散乱／拡散／反射され、透過性要素により、この要素位置を判定できる検出器に向けてガイドされる。
2007505297.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
放射の反射／散乱要素の位置判定のためのシステムであって、
前記反射／散乱部材により係合される第１の表面部分と、この第１の表面部分の反対側にある第２の表面部分と持ち、内面反射により反射／散乱された光を検出手段まで案内する放射透過性要素もしくはプレートと、
前記放射透過性要素と前記第１の表面部分とに放射を供給する手段と、
前記放射供給手段により供給され、前記第１の表面部分の一部と係合する際に前記反射／散乱要素により反射／散乱された放射を検出する手段であって、この放射の入射角に関する信号を出力し、それぞれ放射を検出して対応する信号を出力する複数の検出要素を有する少なくとも１つの少なくとも一次元の検出器と、前記検出要素に入射する放射を変調する少なくとも１つのアパーチャ、ピンホール、又はレンズを備える検出手段と、
角度信号に基づいて、前記第１の表面部分上の前記反射／散乱要素の係合位置を判定する手段と
を備えるシステム。
【請求項２】
請求項１に記載のシステムであって、前記放射供給手段が、前記第１の表面部分から前記第２の表面部分まで前記透過性要素を通過する放射を前記透過性要素に戻すように反射するための反射手段を備えるシステム。
【請求項３】
請求項１に記載のシステムであって、前記放射供給手段が、前記第１の表面部分の反対側にある前記透過性要素の前記第２の表面部分に配置された、前記第１の表面部分で前記透過性要素を通して放射を放出するモニタあるいはスクリーンを備えるシステム。
【請求項４】
請求項３に記載のシステムであって、前記モニタもしくはスクリーンにより、前記第１の表面部分の異なる領域に異なる特性の放射を供給するシステム。
【請求項５】
請求項３に記載のシステムであって、前記透過性要素が、前記モニタあるいはスクリーンからの放射を変換するための手段をさらに備え、この変換手段が、前記第１の表面部分の異なる領域において異なる特性の放射を供給し、前記検出手段がこの異なる特性を検出するシステム。
【請求項６】
前記請求項のいずれかに記載のシステムであって、前記透過性要素がプレート状あるいはシート状の形状をもち、前記検出手段が、検出器と、前記透過性要素で透過された放射を前記検出器に転送するよう前記透過性要素と係合するための転送手段とを備えるシステム。
【請求項７】
前記請求項のいずれかに記載のシステムであって、前記透過性要素が、前記第１の表面部分に、前記反射／散乱手段で反射／散乱されたモニタあるいはスクリーンからの放射を変換するための手段を備え、この変換手段が、前記第１の表面部分の異なる領域から異なる特性の放射を供給し、前記検出手段がこの異なる特性を検出するシステム。
【請求項８】
前記請求項のいずれかに記載のシステムであって、前記検出手段は前記検出要素に入射する放射のフィルタリングを行うための手段を備えるシステム。
【請求項９】
前記請求項のいずれかに記載のシステムであって、第１の波長を有し、かつ前記第１の表面部分から前記第１の表面部分に対して第１の角度で入射する放射を、前記透過性要素内で、かつ前記第１の表面部分に対して第２の角度を有する方向に、反射もしくは散乱させる前記第２の表面部分に配置された第２の手段をさらに備え、前記第２の角度が前記第１の角度より小さいシステム。
【請求項１０】
請求項９に記載のシステムであって、前記第２の反射／散乱手段が前記第２の表面領域上の所定領域に設けられているシステム。
【請求項１１】
請求項１０に記載のシステムであって、個々の前記多数の前記所定領域について、前記所定領域と前記検出手段との間の直線に沿って他の前記所定領域が存在しないような位置に、前記検出手段及び前記所定領域が設けられているシステム。
【請求項１２】
請求項９乃至１１のいずれかに記載のシステムであって、前記第２の反射／散乱手段は、第２の波長をもち、第１の波長と異なり、かつ前記第１の表面部分に対して第３の角度を持つ放射を、前記第３の角度と少なくとも実質的に等しい角度で第３の表面部分に戻すように反射するシステム。
【請求項１３】
前記請求項のいずれかに記載のシステムであって、前記第１の表面部分の所定領域に放射を供給するための第２の手段をさらに備え、この第２の供給は前記所定領域に隣接する領域への放射を防ぐシステム。
【請求項１４】
請求項１３に記載のシステムであって、前記第２の供給手段は、前記第１の表面部分もしくはその隣接領域に放射阻止領域を備えるシステム。
【請求項１５】
請求項１３又は１４に記載のシステムであって、所定領域が長方形であるシステム。
【請求項１６】
請求項１５に記載のシステムであって、前記所定領域が、１〜５ｃｍを含む１／２〜２０ｃｍ、好ましくは１  １／２〜３ｃｍの長さを持つシステム。
【請求項１７】
前記請求項のいずれかに記載のシステムであって、
前記放射透過性要素中に前記第１の表面に向けて、電磁放射を伝送する１つ以上の放射エミッタと、
前記放射エミッタから前記検出器まで放射が直接伝わることを防ぐための手段と
をさらに備えるシステム。
【請求項１８】
前記請求項のいずれかに記載のシステムであって、前記反射／散乱要素が前記放射透過性要素を押す力を検知するための力検知手段をさらに備えるシステム。
【請求項１９】
請求項２に記載のシステムであって、前記第１の表面部分の方向に延び、かつ複数の所定領域を持つ反射要素をさらに備え、この反射要素は、前記領域内において前記第１の表面部分から前記第２の表面部分に向けて放射を伝送し、かつ前記領域外において前記第２の表面部分から前記第１の表面部分に向かう放射を前記第２の表面部分に戻るように反射するシステム。
【請求項２０】
放射の反射／散乱要素の位置判定のための方法であって、
放射透過性要素ないしはプレート内に、かつその第１の表面部分へ放射を供給するステップであって、この放射透過性要素は前記第１の表面部分とは反対側の第２の表面部分を持つステップと、
前記反射／散乱部材と前記放射透過性部材の前記第１の表面部分とを係合するステップと、
放射透過性部材の内部反射により前記反射／散乱された光を検出手段に案内するステップと、
少なくとも１つのアパーチャ、ピンホール、又はレンズで前記検出手段に入射する放射を変調するステップと、
それぞれ放射を検出して対応する信号を出力する複数の検出要素を備える少なくとも１次元の検出器を用いて放射を検出するステップであって、前記放射は前記放射供給手段により供給され、前記第１の表面部分の一部に係合する前記反射／散乱手段により反射／散乱され、少なくとも１つのアパーチャ、ピンホール、又はレンズで変調され、かつ前記放射の入射角度に関する信号を与えるステップと、
角度信号に基づいて、前記第１の表面部分上の前記反射／散乱要素の係合位置を判定するステップと
を備える方法。
【請求項２１】
請求項２０に記載の方法であって、前記放射を供給するステップは、前記第１の表面部分から前記第２の表面部分まで前記透過性要素を通過する放射を前記透過性要素に戻すように反射する反射ステップを備える方法。
【請求項２２】
請求項２０に記載の方法であって、前記放射を供給するステップは、前記第１の表面部分の反対側にある透過性要素の第２の表面部分に配置され、前記第１の表面部分で前記透過性要素を通して放射を放出するモニタあるいはスクリーンから放射を供給するステップを備える方法。
【請求項２３】
請求項２２に記載の方法であって、前記モニタもしくはスクリーンにより、前記第１の表面部分の異なる領域に異なる特性の放射を供給する方法。
【請求項２４】
請求項２２に記載の方法であって、前記放射を供給するステップが、前記モニタあるいはスクリーンからの放射を変換するステップを含み、この変換のステップが、前記第１の表面部分の異なる領域において異なる特性の放射を供給するステップを含み、前記検出のステップはこの異なる特性を検出するステップを含む方法。
【請求項２５】
請求項２０乃至２４のいずれかに記載の方法であって、前記透過性要素がプレート状あるいはシートの形状をもち、前記検出のステップは前記透過性要素により伝送された放射を検出器に転送するステップを含む方法。
【請求項２６】
請求項２０乃至２５のいずれかに記載の方法であって、前記第１の表面部分において前記反射／散乱手段で反射／散乱されたモニタもしくはスクリーンからの放射を変換するステップをさらに備え、この変換のステップは、前記第１の表面部分の異なる領域から異なる特性の放射を供給するステップを含み、前記検出ステップはこの異なる特性を検出するステップを含む方法。
【請求項２７】
請求項２０乃至２６のいずれかに記載の方法であって、前記検出のステップが、検出要素に入射する放射のフィルタリングを行うステップを含む方法。
【請求項２８】
請求項２０乃至２７のいずれかに記載の方法であって、前記第２の表面部分において、第１の波長を有し、かつ前記第１の表面部分から前記第１の表面部分に対して第１の角度で入射する放射を、前記透過性要素内で、かつ前記第１の表面部分に対して第２の角度を有す方向に、反射もしくは散乱さる第２のステップをさらに備え、前記第２の角度が第１の角度より小さい方法。
【請求項２９】
請求項２８に記載の方法であって、前記第２の反射／散乱のステップは前記第２の表面領域上の所定領域で行われる方法。
【請求項３０】
請求項２９に記載の方法であって、個々の前記多数の所定領域について、前記所定領域と前記検出手段との間の直線に沿って他の前記所定領域が存在しないような位置に、前記検出手段及び前記所定領域を設けるステップをさらに備える方法。
【請求項３１】
請求項２８乃至３０に記載の方法であって、前記第２の反射／散乱のステップが、第２の波長をもち、第１の波長と異なり、かつ前記第１の表面部分に対して第３の角度を持つ放射を、前記第３の角度と少なくとも実質的に等しい角度で第３の表面部分に戻すように反射するステップを含む方法。
【請求項３２】
請求項２０乃至３１のいずれかに記載の方法であって、前記供給のステップが、前記第１の表面部分の所定領域に放射を供給するステップを含み、この第２の供給のステップが、前記所定領域に隣接する領域への放射を防ぐステップを含む方法。
【請求項３３】
請求項３２に記載の方法であって、前記第２の供給のステップが、前記第１の表面部分もしくはその隣接領域に対して、放射を防止もしくは阻止するステップを含む方法。
【請求項３４】
請求項３２乃至３３のいずれかに記載の方法であって、前記供給のステップが、長方形領域に放射を供給するステップを含む方法。
【請求項３５】
請求項３４に記載の方法であって、前記供給の提供ステップが、１〜５ｃｍを含む１／２〜２０ｃｍ、好ましくは１  １／２〜３ｃｍの長さを持つ長方形領域に放射を供給するステップを含む方法。
【請求項３６】
請求項２０乃至３５いずれかに記載の方法であって、
前記放射透過性要素中に前記第１の表面に向けて、１つ以上の放射エミッタが電磁放射を伝送するステップと、
前記放射エミッタから前記検出器まで放射が直接伝わることを防ぐステップと
をさらに備える方法。
【請求項３７】
請求項２０乃至３６のいずれかに記載の方法であって、前記反射／散乱要素が前記放射透過性要素を押す力を検知するステップをさらに備える方法。
【請求項３８】
請求項２１に記載の方法であって、
前記第１の表面部分の方向に延び、かつ複数の所定領域を持つ反射要素を設けるステップをさらに備え、この反射要素が
前記領域において前記第１の表面部分から前記第２の表面部分に向けた放射伝送を容易にし、
前記領域外において前記第２の表面部分から前記第１の表面部分に向かう放射を第２の表面部分に戻るように反射するものである、方法。
【請求項３９】
放射の放出／反射／散乱要素の位置判定のためのシステムであって、
第１の表面部分と、この第１の表面部分と反対側にある第２の表面部分とを持つ放射透過性要素もしくはプレートと、
前記第１の表面部分の方向に延び、かつ１つ以上の所定領域を持ち、個々の前記領域において前記第１の表面から前記第２の表面部分に向けて放射を伝送し、かつ前記領域外において前記第２の表面部分から前記第１の表面に向かう放射を前記第２の表面部分まで戻るように反射する、第１の反射要素と、
前記第１の表面部分の方向に延び、前記第１の反射要素から前記第２の表面部分に向けて前記透過性要素内を伝送される放射を前記第１の表面部分及び前記第１の反射要素に戻るように反射する第２の反射要素と、
それぞれ放射を検出して対応する信号を出力する複数の検出要素を備える少なくとも１つの少なくとも１次元の検出器を備え、前記検出要素に入射する放射を変調する少なくとも１つのアパーチャ、ピンホール、又はレンズを備えるものであり、
前記透過性要素に入り前記第１の反射要素の領域を通過して前記第１及び／又は第２の反射要素によって前記検出器に向けて反射されたものである、前記放出／反射／散乱手段からの放射を検出し、かつ
放射の入射角に関連する信号を出力する検出手段と、
角度信号に基づいて、前記第１の表面部分に対する前記放出／反射／散乱要素の位置を判定するための手段と
を備えるシステム。
【請求項４０】
請求項３９に記載のシステムであって、前記放出／反射／散乱要素に向けて放射を供給する手段をさらに備えるシステム。
【請求項４１】
放射の放出／反射／散乱要素の位置判定のための方法であって
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放射の散乱／反射／拡散要素の位置を判定するシステム及び方法、特に、例えば指タッチ用のタッチパッド等に関する。
【背景技術】
【０００２】
指タッチ／タッチパッド領域では多くの異なる技術が存在するが、それらの大部分は、実際のパッドが傷つきやすく、容易に壊れるという欠点をもっている。
【０００３】
タッチパッド全般については、特許文献１〜７に記載されている。
【０００４】
【特許文献１】米国特許第４，３４６，３７６号
【特許文献２】米国特許第４，４８４，１７９号
【特許文献３】米国特許第４，６８８，９３３号
【特許文献４】米国特許第５，９４６，９８１号
【特許文献５】米国特許第６,１２２，３９４号
【特許文献６】米国特許公開第２００３/００４８２５７号
【特許文献７】米国特許公開第２００３/００５２２５７号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、指や不活性（単に入射放射を反射もしくは散乱する）の対象物といった多数のさまざまなタイプの対象物のいずれでも用いられる、頑丈で、単純で、安価なタッチパッド技術に関する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
第１の観点において、本発明は、放射の反射／散乱要素の位置判定のためのシステムであって、前記反射／散乱部材により係合される第１の表面部分と、この第１の表面部分の反対側にある第２の表面部分と持ち、内面反射により反射／散乱された光を検出手段まで案内する放射透過性要素（伝播要素）もしくはプレートと、前記放射透過性要素と前記第１の表面部分とに放射を供給する手段と、前記放射供給手段により供給され、前記第１の表面部分の一部と係合する際に前記反射／散乱要素により反射／散乱された放射を検出する手段であって、この放射の入射角に関する信号を出力し、それぞれ放射を検出して対応する信号を出力する複数の検出要素を有する少なくとも１つの少なくとも一次元の検出器と、前記検出要素に入射する放射を変調する少なくとも１つのアパーチャ、ピンホール、又はレンズを備える検出手段と、角度信号に基づいて、前記第１の表面部分上の前記反射／散乱要素の係合位置を判定する手段とを備えるシステムに関する。
【０００７】
ここで、「透過性」とは、感度の高い測定を可能にするため、十分な量の放射量が透過されることを意味する。透過性要素の程度により、若干の吸収は問題ではない。
【０００８】
通常、一般に、透過性要素は平坦な要素であるが、曲がった形状のような任意の形状でも使用される。
【０００９】
角度信号は、デジタル信号あるいは電圧のような角度を記述する任意の信号である。また、数字で角度を記述してもよい。
【００１０】
通常、入射角度は、例えば検出器に関する所定軸に対するものになる。
【００１１】
透過性要素は、反射／散乱された光を内部反射によって検出手段に導く。よって、検出手段は、好ましくは、第１の表面部分に対して少なくとも、ほぼ平行な方向に透過性要素を伝搬ないしは透過する放射を検出する。
【００１２】
この角度検出手段を設ける態様では、それぞれ放射を検出して対応する信号を出力する複数の検出要素を有する少なくとも１つの少なくとも一次元の検出器と、前記検出要素に入射する放射を変調する少なくとも１つのアパーチャ、ピンホール、又はレンズを備える検出手段とを設ける。
【００１３】
ここで、変調とは、検出器の寸法に渡る強度が放射散乱もしくは反射の位置に依存する空間変調である。
【００１４】
１つの実施例において、前記放射供給手段が、前記第１の表面部分から前記第２の表面部分まで前記透過性要素を通過する放射を前記透過性要素に戻すように反射するための反射手段を備える。これは、第１の表面部分に向けて放射を供給する位置に配置された放射供給体からの、例えば周辺光もしくは放射である。
【００１５】
他の実施例において、放射供給手段が、前記第１の表面部分の反対側にある前記透過性要素の前記第２の表面部分に配置された、前記第１の表面部分で前記透過性要素を通して放射を放出するモニタあるいはスクリーンを備える。また、前記モニタもしくはスクリーンにより、前記第１の表面部分の異なる領域に異なる特性の放射を供給する。ここで、特性とは、放射が持つ波長、周波数、変調、偏光、強度といった任意の特性である。
【００１６】
この場合、角度情報に加えて、検出された特性に関する情報を用いて、放射の（拡散等）の原点位置を判定する。
【００１７】
さらにこの実施例において、好ましくは、前記透過性要素が、前記モニタあるいはスクリーンからの放射を変換するための手段をさらに備え、この変換手段が、前記第１の表面部分の異なる領域において異なる特性の放射を供給し、前記検出手段がこの異なる特性を検出する。
【００１８】
よって、放射は通常、透過性要素内において大きな反射や拡散なく案内される。検出器に向けて放射を案内するため、透過性要素の縁部で反射が起こる。しかしながら、散乱／拡散／反射要素が表面に接する位置において、放射が拡散／散乱／反射され、そこにおいて当初の経路から向きが変えられる。
【００１９】
これに関連して、放射が、通常、検出器に向けて第１の表面の方向で導かれることは明らかである。しかしながら、放射は、この表面部分に対してある角度を持つ方向を通り、透過性要素表面で反射される。しかしながら、全方向は、このような反射の影響を受けない。
【００２０】
前記透過性要素がプレート状あるいはシート状の形状をもち、前記検出手段が、検出器と、前記透過性要素で透過された放射を前記検出器に転送するよう前記透過性要素と係合するための転送手段とを備える。例えば、透過性要素の縁部にアクセスできない場合（例えば、既存の販売店の窓のような場合）において、これは有利である。この方式において、転送手段は実際には透過性要素の端部位置にない場合があるが、それにもかかわらず透過性要素と接触することで反射／散乱された放射の一部を抽出し、これにより、その位置の、例えば内面反射による案内が不要になる。
【００２１】
１つの実施例において、前記透過性要素が、前記第１の表面部分に、前記反射／散乱手段で反射／散乱されたモニタあるいはスクリーンからの放射を変換するための手段を備え、この変換手段が、前記第１の表面部分の異なる領域から異なる特性の放射を供給し、前記検出手段がこの異なる特性を検出する。この場合、特性は上で列挙したものだけではなく、例えば、バーコードあるいは他のパターンで提供されるような空間情報であってもよい。このパターンが正しく指示されると、角度検出器がパターンを識別する。
【００２２】
また、この検出手段は前記検出要素に入射する放射のフィルタリングを行うための手段を備える。得られる情報は波長に関係し、この波長を用いて位置判定を行う。第１の表面部分の異なる領域で反射／散乱された放射が検出手段までの距離に応じて異なる波長を持つ場合、この角度は検出手段により検出され、これにより全体的位置が判定される。
【００２３】
興味深い実施例としては、第１の波長を有し、かつ前記第１の表面部分から前記第１の表面部分に対して第１の角度で入射する放射を、前記透過性要素内で、かつ前記第１の表面部分に対して第２の角度を有する方向に、反射もしくは散乱させる前記第２の表面部分に配置された第２の手段をさらに備え、前記第２の角度が前記第１の角度より小さい。
【００２４】
この方式で、内面反射ができないある角度で透過性要素に入る放射は、光が実際に導かれる角度に向け直される。
【００２５】
この方式で、第１の表面部分に接触もしていない要素で反射／散乱された光が透過性要素により収集され、導かれる。
【００２６】
ある場合、前記第２の反射／散乱手段が前記第２の表面領域上の所定領域に設けられる。また、角度検出だけに関連付けるため、個々の前記多数の前記所定領域について、前記所定領域と前記検出手段との間の直線に沿って他の前記所定領域が存在しないような位置に、前記検出手段及び前記所定領域を設けてもよい。
【００２７】
また、反射／散乱要素が第１の表面部分と接触する方式でも動作可能にするため、前記第２の反射／散乱手段は、第２の波長をもち、第１の波長と異なり、かつ前記第１の表面部分に対して第３の角度を持つ放射を、前記第３の角度と少なくとも実質的に等しい角度で第３の表面部分に戻すように反射してもよい。
【００２８】
他の興味深い実施例としては、前記第１の表面部分の所定領域に放射を供給するための第２の手段をさらに備え、この第２の供給は前記所定領域に隣接する領域への放射を防ぐ。
【００２９】
前記第２の供給手段は、前記第１の表面部分もしくはその隣接領域に放射阻止（吸収、光が干渉しない方向での反射等）の領域を備える。
【００３０】
前記所定領域が、１〜５ｃｍを含む１／２〜２０ｃｍ、好ましくは１  １／２〜３ｃｍの長さの長方形である場合、本実施例は、例えば、人の指紋を取得するために用いられる。指は（接触しながら）、（好ましくはスロットから検出器までの方向の角度に向けられた）スロットに渡って動かされ、これにより、角度検出器が指の隆起と谷からの放射の散乱／反射の差異を検出する。
【００３１】
好ましい実施例において、本システムは、
前記放射透過性要素中に前記第１の表面に向けて、電磁放射を伝送する１つ以上の放射エミッタと、
前記放射エミッタから前記検出器まで放射が直接伝わることを防ぐための手段と
をさらに備える。
【００３２】
ここで、エミッタから検出器までの直接の経路は透過性要素及び任意のリフレクタの表面における反射とは独立した放射の全方向に沿ったものである。
【００３３】
この場合、放射は検出器に向かう方向で放出されるが、検出器の「目隠し」を行わないためにこの放射の検出器への到達が阻止される。
【００３４】
好ましくは、放射エミッタは、検出器の反対側の位置に設けられるが、これは、（検出器の視野位置のような）検出器が置かれない位置での放射透過性要素の側面を意味する。この方式において、反射／散乱要素により散乱された放射の強さは検出器から最も遠く最も強く、ここで、この位置と検出器との間において強度損失が最大になる。検出器に対する反射／散乱が近くなるほど、検出器と反射／散乱間の放射損失が小さくなるが、放射エミッタと反射／散乱位置との間の強度損失が大きくなる。従って、全体として検出器から最も遠くの位置で感度がさらに高くなる。
【００３５】
他の好ましい実施例において、このシステムは、前記反射／散乱要素が前記放射透過性要素を押す力を検知するための力検知手段をさらに備える。
【００３６】
この力検出手段を用いて、スリープモード（検出器や電子回路の一部がオフもしくはダウンとなった際に、ある発光体がオフもしくはダウンになる電力節約モード）からシステムを復帰させる、あるいは単に第１の表面に向けた押し下げ（意図的反射／散乱）の第２の指示を与える。これにより、力検出器が力をまったく検知しない、あるいはわずかしか検出しない場合、反射／散乱が（無関係なものとして）無視される。
【００３７】
放射透過性要素は、少なくとも第１の表面部分において、表面以外に検出器に向けた放射や、透過性要素の屈折率と（通常の場合は)空気の屈折率との差異からもたらされる反射を伝える他の方式をもたない。この場合、反射体が第２の表面部分にある場合でも、透過性要素内での放射の伝送は放射の全内部反射で行われる。しかしながら、この動作では第１の表面に対して放射の取る角度に関する要求があり、特に、第１の表面部分に接しない、もしくは第１の表面部分において光の反射／散乱がわずかしかない散乱／反射要素をシステムが検出する機能が要求される。
【００３８】
他の実施例は、透過性要素で伝えられる角度範囲を広げる方式に関連する。この実施例は、第２の表面部分において反射体を備え、さらに前記第１の表面部分の方向に延び、かつ複数の所定領域を持つ反射要素をさらに備え、この反射要素は、前記領域内において前記第１の表面部分から前記第２の表面部分に向けて放射を伝送し、かつ前記領域外において前記第２の表面部分から前記第１の表面部分に向かう放射を前記第２の表面部分に戻るように反射する。
【００３９】
これらの領域は単に、反射要素内のアパーチャあるいは穴であってもよい。その他の場合、レンズ等が用いられる。
【００４０】
反射要素は第１の表面部分上、もしくはその位置で、あるいは透過性要素内部に置かれる。
【００４１】
ここで、透過性要素に入り、その領域で反射要素を透過する放射が、反射要素と、第２の表面部分にある反射体との間の「チャネル」内に入射する。放射は他の領域を通してこのチャネルから逃れることができるものの、放射の大部分は反射体により検出器に向けて透過する。このように、透過が全内面反射の角度要求の制限を受けないことから、さらに急角度についてもサポートされる。
【００４２】
このように、第１の表面部分に接しない要素からの放射が透過性要素に入射し、領域を通して「チャネル」に入射し、その後、検出器へ透過する。
【００４３】
また、散乱／反射要素からの放射が、多数の領域を通して「チャネル」に入射し、検出手段及び／又は判定手段が領域の位置を判定し、そこから散乱／反射要素の位置を判定できるようになる。
【００４４】
本発明の第２の観点は、
放射の反射／散乱要素の位置判定のための方法であって、
放射透過性要素ないしはプレート内に、かつその第１の表面部分へ放射を供給するステップであって、この放射透過性要素は前記第１の表面部分とは反対側の第２の表面部分を持つステップと、
前記反射／散乱部材と前記放射透過性部材の前記第１の表面部分とを係合するステップと、
放射透過性部材の内部反射により前記反射／散乱された光を検出手段に案内するステップと、
少なくとも１つのアパーチャ、ピンホール、又はレンズで前記検出手段に入射する放射を変調するステップと、
それぞれ放射を検出して対応する信号を出力する複数の検出要素を備える少なくとも１次元の検出器を用いて放射を検出するステップであって、前記放射は前記放射供給手段により供給され、前記第１の表面部分の一部に係合する前記反射／散乱手段により反射／散乱され、少なくとも１つのアパーチャ、ピンホール、又はレンズで変調され、かつ前記放射の入射角度に関する信号を与えるステップと、
角度信号に基づいて、前記第１の表面部分上の前記反射／散乱要素の係合位置を判定するステップと
を備える方法に関する。
【００４５】
この係合は、好ましくは、反射／散乱部材を少なくとも１つの領域において表面部分と接触させることで得られる。
【００４６】
１つの実施例において、前記放射を供給するステップは、前記第１の表面部分から前記第２の表面部分まで前記透過性要素を通過する放射を前記透過性要素に戻すように反射する反射ステップを備える。
【００４７】
他の実施例において、前記放射を供給するステップは、前記第１の表面部分の反対側にある透過性要素の第２の表面部分に配置され、前記第１の表面部分で前記透過性要素を通して放射を放出するモニタあるいはスクリーンから放射を供給するステップを備える。前記モニタもしくはスクリーンにより、前記第１の表面部分の異なる領域に異なる特性の放射を供給してもよい。また、前記放射を供給するステップが、前記モニタあるいはスクリーンからの放射を変換するステップを含み、この変換のステップが、前記第１の表面部分の異なる領域において異なる特性の放射を供給するステップを含み、前記検出のステップはこの異なる特性を検出するステップを含む。
【００４８】
また、好ましくは、前記透過性要素がプレート状あるいはシートの形状をもち、前記検出のステップは前記透過性要素により伝送された放射を検出器に転送するステップを含む。さらに、これにより、透過性要素と第２の透過性要素との係合により伝達が行われ、これにより、放射が検出される第２の透過性要素で散乱／反射された放射を受信することで伝達が行われる場合、透過性要素の縁部へのアクセスが必要ない設定が得られる。
【００４９】
１つの実施例において、この方法がさらに、前記第１の表面部分において前記反射／散乱手段で反射／散乱されたモニタもしくはスクリーンからの放射を変換するステップをさらに備え、この変換のステップは、前記第１の表面部分の異なる領域から異なる特性の放射を供給するステップを含み、前記検出ステップはこの異なる特性を検出するステップを含む。
【００５０】
検出器に入射する放射の変調に加えて情報を供給する方式が、検出要素に入射する放射をフィルタリングするステップを検出ステップに含めるというものである。
【００５１】
さらに他の実施例では、前記第２の表面部分において、第１の波長を有し、かつ前記第１の表面部分から前記第１の表面部分に対して第１の角度で入射する放射を、前記透過性要素内で、かつ前記第１の表面部分に対して第２の角度を有す方向に、反射もしくは散乱さる第２のステップをさらに備え、前記第２の角度が第１の角度より小さい。
【００５２】
その際、第２の反射／散乱のステップは第２の表面領域上の所定領域で行ってもよい。さらに、この実施例は、個々の前記多数の所定領域について、前記所定領域と前記検出手段との間の直線に沿って他の前記所定領域が存在しないような位置に、前記検出手段及び前記所定領域を設けるステップをさらに備える。
【００５３】
また、前記第２の反射／散乱のステップが、第２の波長をもち、第１の波長と異なり、かつ前記第１の表面部分に対して第３の角度を持つ放射を、前記第３の角度と少なくとも実質的に等しい角度で第３の表面部分に戻すように反射するステップを含んでもよい。
【００５４】
さらに他の実施例において、前記供給のステップが、前記第１の表面部分の所定領域に放射を供給するステップを含み、この第２の供給のステップが、前記第１の表面部分もしくはその隣接領域に対して、放射を防止もしくは阻止するステップを含んでもよい。
【００５５】
その際、前記供給の提供ステップが、１〜５ｃｍを含む１／２〜２０ｃｍ、好ましくは１  １／２〜３ｃｍの長さを持つ長方形領域に放射を供給するステップを含んでもよい。
【００５６】
好ましい実施例において、本方法は、
前記放射透過性要素中に前記第１の表面に向けて、１つ以上の放射エミッタが電磁放射を伝送するステップと、
前記放射エミッタから前記検出器まで放射が直接伝わることを防ぐステップと
をさらに備えてもよい。
【００５７】
他の好ましい実施例において、この方法は前記反射／散乱要素が前記放射透過性要素を押す力を検知するステップをさらに備えてもよい。
【００５８】
上述のとおり、透過性要素内で伝わる放射は、第１の表面に対して、透過性要素の屈折率と、通常の場合、空気の屈折率との差異から要求されるものよりも小さい角度を放射が持つような場合に全内面反射により透過ないしは伝播される。
【００５９】
他の実施例は、前記第１の表面部分の方向に延び、かつ複数の所定領域を持つ反射要素を設けるステップをさらに備え、この反射要素が
前記領域において前記第１の表面部分から前記第２の表面部分に向けた放射伝送を容易にし、
前記領域外において前記第２の表面部分から前記第１の表面部分に向かう放射を第２の表面部分に戻るように反射するものである。
【００６０】
これにより、大きな角度間隔が透過性要素内で伝播される。
【００６１】
本発明の第３の観点は、放射の放出／反射／散乱要素の位置判定のためのシステムであって、
第１の表面部分と、この第１の表面部分と反対側にある第２の表面部分とを持つ放射透過性要素もしくはプレートと、
前記第１の表面部分の方向に延び、かつ１つ以上の所定領域を持ち、個々の前記領域において前記第１の表面から前記第２の表面部分に向けて放射を伝送し、かつ前記領域外において前記第２の表面部分から前記第１の表面に向かう放射を前記第２の表面部分まで戻るように反射する、第１の反射要素と、
前記第１の表面部分の方向に延び、前記第１の反射要素から前記第２の表面部分に向けて前記透過性要素内を伝送される放射を前記第１の表面部分及び前記第１の反射要素に戻るように反射する第２の反射要素と、
それぞれ放射を検出して対応する信号を出力する複数の検出要素を備える少なくとも１つの少なくとも１次元の検出器を備え、前記検出要素に入射する放射を変調する少なくとも１つのアパーチャ、ピンホール、又はレンズを備えるものであり、
前記透過性要素に入り前記第１の反射要素の領域を通過して前記第１及び／又は第２の反射要素によって前記検出器に向けて反射されたものである、前記放出／反射／散乱手段からの放射を検出し、かつ
放射の入射角に関連する信号を出力する検出手段と、
角度信号に基づいて、前記第１の表面部分に対する前記放出／反射／散乱要素の位置を判定するための手段と
を備えるシステムに関する。
【００６２】
したがって、放出／散乱／反射要素で放出、あるいは散乱／反射された放射は、第１の要素の領域を経由して、透過性要素及び、第１及び第２の反射要素間のスペースに入射し、その後、２つの反射手段により検出器に向けて伝播される。
【００６３】
第１の反射要素が透過性要素の第１の表面部分に設けられ、これにより、この表面における放出／散乱／反射要素の位置づけにより、放射が領域を経由して第１の反射要素を透過する（放出／散乱／反射要素の領域と広がりの間のスペースによる）位置としてその領域の検出を行う。
【００６４】
第１の反射要素が同様に、透過性要素の中に、さらに第１の表面から離れて設けられ、ここで放射の若干複雑な伝播パターンが後にもたらされる。しかしながら、これにより、放出／散乱／反射要素からの放射が第１の反射要素（例えば、複数の透過が行われる場合、最初のもの）を透過する領域の位置に基づいて放出／散乱／反射要素の位置判定を与える。
【００６５】
放出／散乱／反射要素が第１の表面に接しない、あるいは第１の表面部分と第１の反射要素との間で比較的大きな距離がある場合、透過部材に放射が入射する角度が最小になり、実際の領域から検出器までの全体的な距離や、領域から検出器まで伝わる際の放射の反射回数により全体強度が変化するといった他の効果が得られる。
【００６６】
好ましい実施例において、本システムはさらに、第１の表面部分に接しない散乱／反射要素の検出能を容易に上げるため、放出／反射／散乱要素に向けて、好ましくは透過性要素外に放射をもたらすための手段を備える。
【００６７】
本発明の第４の観点は、放射の放出／反射／散乱要素の位置判定のための方法であって、
第１の表面部分と、この第１の表面部分と反対側にある第２の表面部分とを持つ放射透過性要素もしくはプレートを設けるステップと、
前記第１の表面部分の方向に延び、かつ複数の所定領域を持つ第１の反射要素を設けるステップと、
前記第１の表面部分の方向に延びる第２の反射要素を設けるステップと、
それぞれ放射を検知して対応する信号を出力する複数の検出要素を備える少なくとも１つの少なくとも１次元の検出器を有する検出手段を設けるステップと、
前記放出／反射／散乱要素から前記透過性要素に入り領域を通って前記第２の反射要素に向かう放射を受信するステップと、
前記第１及び第２の反射要素が前記受信された検出手段に向かう放射の少なくとも一部を反射するステップと、
少なくとも１つのアパーチャ、ピンホール、又はレンズで前記検出要素に入射する放射を変調するステップと、
検出された放射を検出して放射の入射角度と関連する信号を出力するステップと、
前記角度信号に基づいて、前記第１の表面部分に対する前記放出／反射／散乱要素の位置を判定するステップと
を備える方法に関する。
【００６８】
さらに、この方法は、特に透過手段外の前記放出／反射／散乱要素に向けて放射を供給するステップをさらに備えることが好ましい。
【００６９】
以下において、本発明の好ましい実施例が図面を参照しつつ説明されるが、これらの図面として後述のものがある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００７０】
本発明の全体的機能については図１から４で示されているが、ここでプレート１２の形状の光透過性要素は表面１２ａをもち、これが、ここでは指１４の形状の反射／散乱要素と関連ないしは係合（engage）される。本実施例で用いられるが、任意の電磁放射で置き換え可能な可視光がプレート１２に転送され、表面１２ａの指が表面に接触する位置において指で反射／散乱される。表面１２ａの他の位置において、光はプレート１２から外に出るか、プレート１２の反対側の表面１２ｂに向けて反射されて戻るかのいずれかである。
【００７１】
指１４で反射／散乱された光は多数の方向に反射され、反射／散乱された光の一部はその後、プレート１２により導かれる。
【００７２】
検出器１６は、プレート１２により導かれる光を受信することができる位置に配置される。本実施例において、検出器１６は、プレート１２を伝播する光を直接受信するよう、プレート１２の縁部に置かれる。
【００７３】
図１及び３から、指１４がプレート１２に接触しない場合、プレート１２により導かれるように指１４で光が反射／散乱されてプレート１２に戻ることがないことがわかる。この理由は、実際上、プレート１２で光が導かれる角度間隔で反射される光が、プレート１２外で発生し、もしくは反射／散乱されることからプレート表面で反射して打消しされるためである。
【００７４】
図１，２と図３，４との間の違いは、指１４に入射する光が実際にプレート１２に入射する方式である。図１，２において、光は、ＬＣＤあるいはＣＲＴ２０といったスクリーン、あるいはモニタにより供給される。図３，４では、（周囲光のような）光が表面１２ａを通過してプレート１２外から受信され、プレート１２を通って伝送され、そこから表面１２ｂ通って出力され、反射体２２によりプレート１２に戻り、例えば、指１４に向けて反射される。
【００７５】
光を供給する第３の方式は、検出器１６の位置と同様の位置１１からプレート１２に向けて光を供給する、すなわちプレート１２内の光を指１４に向けて導くものである。この場合、この（反射／散乱されない）光が検出器１６に確実に到達できないようにすることが望ましい。代案としては、検出器１６もしくは、それを制御する電子回路がその光を計算上では考慮しないようにする。
【００７６】
検出器は指１４の位置を検出する。この作業を行うには多数の方式があるが、検出器とプレート１２との間のアパーチャもしくはレンズ１８で、少なくとも（ライン式ＣＣＤのような）一次元検出器を提供するものがある。アパーチャもしくはレンズ１８により、異なる角度から入射する光が検出器上の異なる位置で検出される、角度感度を持つ検出器が提供される。
【００７７】
同一日に出願されたれ、「放射放出要素の位置判定のためのシステム及び方法」という発明の名称の同時継続中の出願において、本出願人が説明しているとおり、単ライン検出器あるいはバーコードを用いて、例えば、プレート１２側面に沿った位置に置かれた反射体と結合された場合の位置判定を行う。
【００７８】
本出願人が同時継続中のＰＣＴ／ＤＫ０３／００１５５で説明しているとおり、代案としては、例えば、直接測定と１つ以上の検出器、さらに三角法を用いて判定される位置に基づいてもたらされる角度を持つエミッタからの放射の２つの検出を用いるというものがある。
【００７９】
図５は、プレート１２内に、指に向けて光を供給する３つの方式：ａ）図１，２で示されている通りのＬＣＤから、ｂ）表面１２ｂ外の（周囲光のような）他の光源から、ｃ）図３，４で示されている通りの鏡あるいは反射体２２から、が図示された他の実施例を図示する。
【００８０】
図５は、検出器１６がプレート１２の「下部の」位置に置かれた、すなわち表面１２ａに対して直角の突起で覆われた領域にある、別の検出器位置を図示する。検出器１６は、プレート１２からの光を抽出し、それを検出器１６に導く接続要素１７を経由してプレート１２からの光を受信する。要素１７は、プレート表面の屈折率の違いを除去するよう、プレート１２からの光を受信する。
【００８１】
検出器１６等の操作は図１から図４と同様である。
【００８２】
図５の構成は、検出器１６と接続要素１７とを単に追加することで店舗のウィンドウのような窓を大型のタッチパッドに変えるような、例えば、窓もしくは他の既存の透明プレートでの利用に適している。例えば、ユーザがタッチスクリーンを操作する領域をあらかじめ決めるため、ポスターあるいは他のあらかじめ印刷された印刷物が窓の裏側に置かれる。
【００８３】
図１から図５の検出スキームに対する代案が図６で示されているが、ここで、表面１２ａに入射する光は、領域１３’〜１３’’’’’’で異なる色を持つ。異なる色の代わりに、変調周波数といった他の特性（強度、波長のバリエーション等）が異なる光を供給してもよい。
【００８４】
こういった特性は、所望の領域で、所望の特性を持つ光を、下部に置かれたＬＣＤ２０に出力させることで得られる。その他の場合、フィルタ２４をＬＣＤ２０とプレート１２との間に置き、これにより、例えば白色光から所望の特性を得て、これによりＬＣＤからの特性と出力が可能になるようにする。当然ながら、この方式で供給された光は、また、例えば、表面１２ｂに向けて、さらにそれを通して供給された周囲光である。
【００８５】
これに関連して、例えば、フィルタに供給された光がある帯域の波長を持つ場合には、帯域通過フィルタないしはバンドパスフィルタのみが機能するという点に注意を要する。一方、特性が異なる変調周波数である場合、任意の波長が用いられる。
【００８６】
このような特性を得るさらに他の方式としては、表面１２ａにおいて、この位置において特性をもたらすため、フィルタあるいは変調器といった手段を提供することがある。この場合、このような特性を得た光は、直角とは異なるある角度でこれらの手段を透過する。この方式において、指１４に入射する光は上述の方式のいずれかにより供給される。
【００８７】
このような特性は、長方形領域のような所定領域に与えられ、複数タイプの特性が与えられるため、（色の相異のような）第１タイプの特性は表面１２ａの第１パターンに与えられ、（周波数変調あるいは異なる周波数のような）他の特性は表面の（領域１５’で図示された）他のパターンで与えられる。この方式において、ある色を持つ光は、ある広がりを持つある領域から生じことが判定されるだけである。この領域は、この領域の一部が測定される（ある周波数といった）他の特性を持つ場合のみ、さらに絞り込まれる（位置判定が良好になる）。
【００８８】
図６ａにおいて、表面１２ａを覆う隣接領域（１３’から１３’’’’’’）で合計６個の異なる色が与えられる。任意の数の色が選択される。さらに、同一の色と同一の周波数との両方を持つ表面１２ａ上の個々の領域を絞り込むために、６つの色を持つ領域で重なるが、例えば、色領域に対して垂直な方向（領域１５’）に延伸する多数の「周波数変調」領域がもたらされる。
【００８９】
原則として、検出器がここで光検出することに加えて、上述の検出の手法の任意のものがこの着色（colouring）で用いられる。この感度は、それぞれが色の１つを選択するフィルタを持つ多数の検出器要素のラインを有する検出器を設けることでもたらされる。
【００９０】
実際上、他の検出の手法、すなわち、前部にアパーチャ、ピンホール、あるいはレンズを持つ単ラインの検出器要素を用いる場合もある。この検出器は、（アパーチャ、ピンホール、レンズにより）入射光の角度に対して感度をもち、これにより、入射光の角度が検知可能になる。光の色から距離が判定され、これにより、（光の分布に応じて）大まかな位置判定が行われる。
【００９１】
この場合、最良の検出性を得るため、色の変化が検出器に向けた方向で発生するのが好ましい。
【００９２】
色は多数の方式で提供される。
下に置かれたモニタないしはスクリーン２０そのものが色付の光を供給する。
下に置かれたモニタないしはスクリーン２０が、例えば白色光を供給し、モニタないしはスクリーン２０とプレート１２間に置かれたフィルタ２４が色を供給する。
指ないしはペン先１４から反射された光がフィルタ２６で色付けされるようフィルタ２６を表面１２ａ上に設ける。
【００９３】
当然ながら、フィルタの代わりに変調器を用いてもよい。
【００９４】
領域特定信号をもたらす第３の方式は、次のやり方でバーコードからわかるような空間コーディングを用いる。
この様式でスクリーン２０から光を供給する。
スクリーン２０とプレート１２間にコード化部材を設ける。あるいは、
表面１２ａにおいて、あるいはその上にコード化部材を設ける。
【００９５】
この方式において、指ないしはペン先１４で検出器１６に向けて方向付けされた光は、検出器１６で検出されるよう空間的にコード化される。これを行う最も容易な方式は、実際の方向から検出器１６に向けた方向と垂直な方向で（バーコードパターンのような）空間コード化を行うことである。これにより、このパターンが検出され、それ自体で位置が与えられる。他の場合には、このパターンを用いて検出器１６からの方向あるいは距離を特定する。
【００９６】
このコード化は、さらに、所定点だけにおいて、例えば制御手段がボタンの操作検出で実施する所定機能を持つ操作可能なボタン形状を持つようにしてもよい。
【００９７】
図７は、例えば操作者の実際には表面に接触しない表面１２ａ上での動きや形を検出し判定することができる機器とタッチパッドを結合した興味深い実施例を図示するものである。これは、外科医が汚染の危険性から不必要に表面に接触しないよう想定される手術等の多数の利用が考えられる。
【００９８】
図７においても、ＬＣＤ２０がプレート１２を照明している。この実施例において、ＬＣＤ２０と表面１２ｂとの間に多数の反射／散乱要素４０が設けられる。これらの要素は、反射された放射がプレート１２で確実に導かれるように、プレート１２から要素に入射する放射を十分小さい角度で検出器１６に向けて方向付けする。
【００９９】
この入射放射はＬＣＤ２０により放出された放射から発生したものであり、プレート１２を横切り、表面１２ａ上にあるもが、それに接触しない位置にある、例えば手３２により反射／散乱される。この反射／散乱された放射の一部は、表面で反射打して消しされて消失し、他の部分は、プレート１２を横切って要素４０で反射される。
【０１００】
表面の相互作用により、比較的垂直な放射だけが要素４０に到達することは明らかである。
【０１０１】
この実施例において、要素４０（図８ａ参照）は、各要素４０から検出器までの方向線が他の要素４０とぶつかる、あるいはそれを通過することがないように配置されている。この方式において、検出器１６で単に角度測定を行うことにより、要素４０の位置を完全に判定でき、これにより手３２の位置判定ができる。その他の場合、位置検出器を用い、これにより要素４０に対する任意の位置が選択される。
【０１０２】
この実施例において、図１から４に関して説明したとおり、通常のタッチパッドとしてプレート１２を用いる。ＬＣＤ２２は、手の検出で用いられる波長と異なる他の波長を与える。この波長が表面１２ａに接する指１４で散乱される場合、要素４０がその波長（図８ｃ参照）を単に反射（入射角と反射角が同一）するため、この操作は図１から４で説明されたとおりのものになる。
【０１０３】
図８は、指の指紋のような実際の放射供給体に関係する情報をもたらすためにこのタッチパッドが用いられる実施例を図示する。
【０１０４】
この実施例では、表面１２ａにカバーないしは吸収体５０が設けられ、ＬＣＤ２２からの光が確実にカバーないしは吸収体５０に画定されたスロット５２の表面に、あるいはこのスロット５２からのみ供給されるように、プレート１２を設けている。
【０１０５】
この方式において、検出器１６から離れる径方向に解能が得られるが、これはアパーチャないしはレンズ１８を持つ単ラインの検出要素である。
【０１０６】
スロット５２上で指１４を動かすことで、ある位置に対する指の「谷」と対照の指の実際の「丘」から異なる反射／散乱が与えられる。この動きやこの差異が検出され、これにより、図示されたとおり、指紋が生成される。
【０１０７】
スロット５２の代案としては、表面１２ａ上の小さなリッジがあり、これにより、プレート１２と指１４との間の十分な係合が確実に行われ、プレート１２上の指の隣接部分の係合（干渉）が減少する。
【０１０８】
この指紋モニタは、他の図面のタッチパッドの任意のものの一部として設けられたものであり、これにより、（ＰＤＡ、携帯電話、コンピュータ等で用いられる）記述されたパッドが、承認を受けたユーザ等だけにより機能可能にできる（ログオンできる）。
【０１０９】
この検出器は、１列以上の検出器を持つ単チップ、もしくは多数の個別検出器を結合することで提供してもよい。
【０１１０】
判定手段は、ソフトウェアのプログラム可能な有線パソコンあるいはメインフレームといった任意のタイプのプロセッサであってもよく、任意の既知のタイプの保存装置（ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＰＲＯＭ、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、ハードディスク、フロッピーディスク、光学式保存媒体、あるいはテープ）であってもよく、他のサイトで計算等を行うため、他のプロセッサに（インターネット経由、あるいは無線接続経由といった方式で）接続されてもよい。
【０１１１】
当然ながら、判定手段は、放射エミッタのある位置の下にあるモニタあるいはスクリーンにおいて、エミッタ（ここでエミッタは、この特定位置に関係する所定アクションが達成されたことをプロセッサに対してエミッタからの光「ブリップ（blip）」信号を送るよう、操作者によりオン、オフされる）あるいはアイコンとともに描かれたサイン、曲線、文字、エミッタにより指示されたデスクトップ等を図示する（たとえば、選択される）等の他の目的のために用いてもよい。これにより、判定手段は、曲線を描くため、あるいはおのおのの新たな所定位置に対して（誤り位置を明白に棄却するよう）描かれた曲線に関係する位置の正しさを評価するため、位置の追跡に用いられる。
【０１１２】
図９において、光透過手段は４つの面１２’、１２’’，１２’’’，１２’’’’と、センサ６に直接光が到達することを防ぐため、放射を吸収、屈折、反射する目隠し６２を持つ多数の光結合点６０とを持つ。その際、センサ１６に実際に入射する放射は、図１の指のような散乱／拡散対象物により変調される。手段１２は、センサ１６の視野内にない上面及び／又は下面のあるセンサ１６に隣接する２つの面１２’と１２’’とを持つ。これらの面は、サンドブラストされた面、あるいは微小構造、微小構造を持つホログラフィックフィルム、あるいは、光透過手段１２を入射する光が直接センサに入射しないようペンキで覆われた面を通過する周囲光といった追加放射の入射のために用いられる。
【０１１３】
目隠し６２は、センサに入射する不必要な反射を最小化するため、非ＴＩＲ反射を吸収もしくは屈折する微小構造である。
【０１１４】
光結合点は周囲光、スクリーン光、スクリーン背景光、あるいはアクティブな光源を受け入れ可能である。周囲光を例外として、微小構造や光エミッタのフィラメントに対する正確な配置が決まるため、光が要素１２内でトラップされ、各光エミッタからの光が特定角度で規定される光透過手段１２内で広がるように光を屈折するよう微小構造が最適化できる。光結合点とその特定の光放出角度は、センサ１６や接触対象物からの距離とともに大きくなる光透過手段１２での望みの光強度分布を生成するよう最適化できる。指及び他の散乱／拡散対象物が部分的に光を鏡面的に、また部分的に完全散乱反射すると、指の周りの光強度パターンは１つ以上の光放出点から離れる方向で高くなる。したがって、手段１２の１つの角部にセンサ１６を設け、反対側の角部近くに少なくとも２つの光結合点６０及び目隠し６２を設けることが有利である。
【０１１５】
図１において、力センサ９０が手段１２の下部に図示されている。実際には、歪ゲージのような４つの力センサ９０が接触検知面と基部との間に設けられ、これにより、接触検知面がタッチされると、力センサが、そこにかかった力に対応する信号を出力し、この信号を処理システムに伝送する。
【０１１６】
複数の力センサ９０あるいは少なくともその１つは、所定しきい値を超える力がかかるとそれに応じて触覚性や音響性応答の両方が生じるようにクリックするよう用いることが可能である。
【０１１７】
処理システムは、あるキーに対応する設定位置検出と結合された、あるしきい値を超える力がかかった場合、その力に対応する振動モータもしくはスピーカに対して信号を出力するよう設定でき、これにより、ユーザに対して、特定のキーに対応する特定の触覚性フィードバックをもたらすことができる。
【０１１８】
ＣＣＤ位置検知システムの電力消費を最小化するため、力センサ９０は、作用した力があるしきい値に達すると直ちにＣＣＤ位置検知をスイッチオンするよう設定され、力が作用しない、あるアイドル時間後にＣＣＤ位置検出システムをスイッチオフするよう設定される。
【０１１９】
作用する力に関する力センサ９０からの信号は、処理システムに伝送され、ブラシ、ペン、鉛筆、色ペン、ペンキブラシ等のさまざまな描画ツールがライン幅や呈色強度をどのように変化させるかを模擬するため、描画ツールのかける圧力を判定するために用いることができる。
【０１２０】
点タッチがペン先力でタッチされると、歪ゲージのようなアクティベータがそこに作用した力を測定できるようになる。作用する力の情報はｘ軸及びｙ軸にｚ軸を追加した３つの軸を持つことで、さらに正確な手書き認識ができ、ブラシ、マーカといった描画ツールや、作用した圧力に応じてライン厚さあるいは呈色を変化させる他の全ての描画ツールの利用を模擬できるようになる。
【０１２１】
図１０において、光透過手段１２は４つの層、すなわち光を入射させることのできる第１の光透過層８０、穴７４を持つ最大１００％の第２の反射層７８、第３の光透過層７９、及び最大１００％の第４の反射層７６を持つ。
【０１２２】
好ましい実施例において、反射層７６はスクリーンないしはモニタに積層され、特定波長（たとえば、狭い間隔）で光透過性あるいは反射性になり、２つの反射層７６及び７８間の内面反射として好ましい波長だけが捕獲され、これによりセンサに対する内面反射として伝送され、２つの光透過層８０及び７９が両方とも透明になるよう反射層７８と７６の両方が生成される。反射層７６は、例えばＯＬＥＤスクリーンといったスクリーンないしはモニタ面に積層でき、それに加えた又はそれに代えて鏡の酸化を防ぐ酸素バリアを持つことができる。反射層７６がスクリーン／モニタと光透過手段１２との間に挿入される場合、信号伝播波長はＯＬＥＤの微小構造の影響を受けず、可視スペクトルのＯＬＥＤから放出される光は光透過手段１２の影響を受けない。
【０１２３】
光が光透過手段１２に向けて送られると、ブルースター角現象（Brerwstar angel phenomenon）の結果として比率が屈折し、他の光比率が光透過手段に入射し、ここで、この光が反射層８０で反射されない波長だけが通過する反射層８０に達するまで反射層７８を通過する、あるいは全ての波長が通過する穴７４を通過する。残りの光は反射層７８に向けて反射され、センサ１６で検出されるまで、あるいは穴７４を通して光透過手段で吸収もしくはその外側に送られるまで、内面反射として伝送される。このように、システムで制御されるアクティブな光源に対応する好ましい波長の光だけが内面反射及びセンサ１６への全内面反射として伝播することができるようになる。
【０１２４】
検出される反射対象物からの光は検出されるセンサ１６からの視線にある穴７４を通過しなければならない。センサ１６に対する視線内にない光は、吸収あるいは外側に送られるまで光透過手段１２内で伝わる。
【０１２５】
反射対象物１４までの距離は、反射対象物１４までの視線にある全ての穴の位置を検出することで測定できる。視線にある第１の穴７４は、反射対象物からの光がブリュースター現象の結果として屈折されない最初のものである、視線にある最後の穴７４は、センサ１６に向けた内面反射として光が前に向けて伝播できる最後のものである。視線の次の穴は光を受信するが、その前方向とは検出器から直接離れる方向である。
【０１２６】
これにより、２つの角度に関する情報が与えられるが、この情報は単純三角法を行う上で十分である。この三角法プロセスはさらに、視線内の穴７４間における光強度分布の情報でサポートできるが、その理由は、急峻な内面反射が、視線内の最後の数個の穴７４に対する場合と同様、反射損失が大きくなり、他の穴を通した損失が大きくなり、表面からの反射が徐々に大きくなり、距離に応じて光が減少することから反射対象物７４からさらに離れた穴７４が受ける光が少なくなるためである。
【０１２７】
表面接触に先立つ（あるいは表面接触のない）反射対象物１４の検出は、前記表面近くで光を放出する光源を制御することで改善できる。
【０１２８】
反射対象物１４が表面と接触するようになると、光透過手段１２内で伝播する好ましい波長の光が反射対象物で散乱／反射される。こういった散乱反射は、ＴＩＲと内面反射として両方とも伝わり、このようにして増幅されて良好なコントラストをもたらす。
【０１２９】
光透過手段１２に対して十分な光学的接触をもたらさない面を持つ反射対象物１４が表面と接すると、散乱／反射された光は、余分なＴＩＲ及び内面反射信号を通して接触を検出するには不十分ということが起こりうる。その代わり、前の表面検出が反射対象物１４により接触位置を決め、これにより、現在では赤外光学及びＮＦＩタッチスクリーンに対する特性になっているグローブタッチをシステムが認識できるようにすることと合せて力センサを用いることが可能である。
【０１３０】
反射層７８を導入することで達成される光学増幅は全てのタイプの反射に影響をもたらし、このため、信号と雑音の両方に影響を及ぼす。
【０１３１】
１つの実施例において、光透過手段の表面層８０を接触対象物周りで圧痕を形成するよう操作可能なものにすることで、光学増幅がさらに改善できる。
【０１３２】
それに代わり、反射層７８及び７６は１００％鏡面であり、光透過層８０及び７９は、好ましい信号波長がセンサ１６までの途中で妨害されない限りにおいて、表面上の点を含めて色付けが可能という原則に基づいて光学接触スクリーンを生成することが可能になる場合のみ、特定波長に対して選択的に透過性にできる。
【図面の簡単な説明】
【０１３３】
【図１】放射を散乱させる指がタッチパッド表面から持ち上げられた状態の本システムの第１の実施例の側面図。
【図２】放射を散乱させる指がタッチパッド表面に嵌合した状態の本システムの第１の実施例の側面図。
【図３】放射を散乱させる指がタッチパッド表面から持ち上げられた状態の本システムの第２の実施例の側面図。
【図４】放射を散乱させる指がタッチパッド表面に嵌合した状態の本システムの第２の実施例の側面図。
【図５】ａ〜ｃは本システムの第３の実施例の３つの代替例を図示する。
【図６】ａ〜ｃは光の色コーディングを用いた本システムの第４の実施例を図示する。
【図７】ａ〜ｃは本システムの第５の実施例を図示する。
【図８】ａ〜ｄは本システムの第６の実施例を図示する。
【図９】光供給体の位置を図示する、
【図１０】アパーチャを持つ反射体の特定の実施例を図示する。
【図１１】アパーチャを持つ反射体の特定の実施例を図示する。
【符号の説明】
【０１３４】
１２  プレート
１２ａ，１２ｂ  表面
１４  指
１６  検出器
１７  接続要素
１８  レンズ
２０  スクリーン
２６  フィルタ
５０  吸収体
５２  スロット
６０  光結合点
６２  目隠し
７６  反射層
７８  反射層
７９  光透過層
８０  光透過そう
９０  力センサ
【図１】
2007505297.tif 000003
【図２】
2007505297.tif 000004
【図３】
2007505297.tif 000005
【図４】
2007505297.tif 000006
【図５】
2007505297.tif 000007
【図６】
2007505297.tif 000008
【図７】
2007505297.tif 000009
【図８】
2007505297.tif 000010
【図９】
2007505297.tif 000011
【図１０】
2007505297.tif 000012
【図１１】
2007505297.tif 000013
【手続補正書】
【提出日】平成17年12月16日(2005.12.16)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
放射の反射／散乱要素の位置判定のためのシステムであって、
前記反射／散乱部材により係合される第１の表面部分と、この第１の表面部分の反対側にある第２の表面部分と持ち、内面反射により反射／散乱された光を検出手段まで案内する放射透過性要素もしくはプレートと、
前記放射透過性要素と前記第１の表面部分とに放射を供給する手段と、
前記放射供給手段により供給され、前記第１の表面部分の一部と係合する際に前記反射／散乱要素により反射／散乱された放射を検出する手段であって、この放射の入射角に関する信号を出力し、それぞれ放射を検出して対応する信号を出力する複数の検出要素を有する少なくとも１つの少なくとも一次元の検出器と、前記検出要素に入射する放射を変調する少なくとも１つのアパーチャ、ピンホール、又はレンズを備える検出手段と、
角度信号に基づいて、前記第１の表面部分上の前記反射／散乱要素の係合位置を判定する手段と
を備えるシステム。
【請求項２】
請求項１に記載のシステムであって、前記放射供給手段が、前記第１の表面部分から前記第２の表面部分まで前記透過性要素を通過する放射を前記透過性要素に戻すように反射するための反射手段を備えるシステム。
【請求項３】
請求項１に記載のシステムであって、前記放射供給手段が、前記第１の表面部分の反対側にある前記透過性要素の前記第２の表面部分に配置された、前記第１の表面部分で前記透過性要素を通して放射を放出するモニタあるいはスクリーンを備えるシステム。
【請求項４】
請求項３に記載のシステムであって、前記モニタもしくはスクリーンにより、前記第１の表面部分の異なる領域に異なる特性の放射を供給するシステム。
【請求項５】
請求項３に記載のシステムであって、前記透過性要素が、前記モニタあるいはスクリーンからの放射を変換するための手段をさらに備え、この変換手段が、前記第１の表面部分の異なる領域において異なる特性の放射を供給し、前記検出手段がこの異なる特性を検出するシステム。
【請求項６】
前記請求項のいずれかに記載のシステムであって、前記透過性要素がプレート状あるいはシート状の形状をもち、前記検出手段が、検出器と、前記透過性要素で透過された放射を前記検出器に転送するよう前記透過性要素と係合するための転送手段とを備えるシステム。
【請求項７】
前記請求項のいずれかに記載のシステムであって、前記透過性要素が、前記第１の表面部分に、前記反射／散乱手段で反射／散乱されたモニタあるいはスクリーンからの放射を変換するための手段を備え、この変換手段が、前記第１の表面部分の異なる領域から異なる特性の放射を供給し、前記検出手段がこの異なる特性を検出するシステム。
【請求項８】
前記請求項のいずれかに記載のシステムであって、前記検出手段は前記検出要素に入射する放射のフィルタリングを行うための手段を備えるシステム。
【請求項９】
前記請求項のいずれかに記載のシステムであって、第１の波長を有し、かつ前記第１の表面部分から前記第１の表面部分に対して第１の角度で入射する放射を、前記透過性要素内で、かつ前記第１の表面部分に対して第２の角度を有する方向に、反射もしくは散乱させる前記第２の表面部分に配置された第２の手段をさらに備え、前記第２の角度が前記第１の角度より小さいシステム。
【請求項１０】
請求項９に記載のシステムであって、前記第２の反射／散乱手段が前記第２の表面領域上の所定領域に設けられているシステム。
【請求項１１】
請求項１０に記載のシステムであって、個々の前記多数の前記所定領域について、前記所定領域と前記検出手段との間の直線に沿って他の前記所定領域が存在しないような位置に、前記検出手段及び前記所定領域が設けられているシステム。
【請求項１２】
請求項９乃至１１のいずれかに記載のシステムであって、前記第２の反射／散乱手段は、第２の波長をもち、第１の波長と異なり、かつ前記第１の表面部分に対して第３の角度を持つ放射を、前記第３の角度と少なくとも実質的に等しい角度で第３の表面部分に戻すように反射するシステム。
【請求項１３】
前記請求項のいずれかに記載のシステムであって、前記第１の表面部分の所定領域に放射を供給するための第２の手段をさらに備え、この第２の供給は前記所定領域に隣接する領域への放射を防ぐシステム。
【請求項１４】
請求項１３に記載のシステムであって、前記第２の供給手段は、前記第１の表面部分もしくはその隣接領域に放射阻止領域を備えるシステム。
【請求項１５】
請求項１３又は１４に記載のシステムであって、所定領域が長方形であるシステム。
【請求項１６】
請求項１５に記載のシステムであって、前記所定領域が、１〜５ｃｍを含む１／２〜２０ｃｍ、好ましくは１  １／２〜３ｃｍの長さを持つシステム。
【請求項１７】
前記請求項のいずれかに記載のシステムであって、
前記放射透過性要素中に前記第１の表面に向けて、電磁放射を伝送する１つ以上の放射エミッタと、
前記放射エミッタから前記検出器まで放射が直接伝わることを防ぐための手段と
をさらに備えるシステム。
【請求項１８】
前記請求項のいずれかに記載のシステムであって、前記反射／散乱要素が前記放射透過性要素を押す力を検知するための力検知手段をさらに備えるシステム。
【請求項１９】
請求項２に記載のシステムであって、前記第１の表面部分の方向に延び、かつ複数の所定領域を持つ反射要素をさらに備え、この反射要素は、前記領域内において前記第１の表面部分から前記第２の表面部分に向けて放射を伝送し、かつ前記領域外において前記第２の表面部分から前記第１の表面部分に向かう放射を前記第２の表面部分に戻るように反射するシステム。
【請求項２０】
放射の反射／散乱要素の位置判定のための方法であって、
放射透過性要素ないしはプレート内に、かつその第１の表面部分へ放射を供給するステップであって、この放射透過性要素は前記第１の表面部分とは反対側の第２の表面部分を持つステップと、
前記反射／散乱部材と前記放射透過性部材の前記第１の表面部分とを係合するステップと、
放射透過性部材の全内部反射により前記反射／散乱された光を検出手段に案内するステップと、
少なくとも１つのアパーチャ、ピンホール、又はレンズで前記検出手段に入射する放射を変調するステップと、
それぞれ放射を検出して対応する信号を出力する複数の検出要素を備える少なくとも１次元の検出器を用いて放射を検出するステップであって、前記放射は前記放射供給手段により供給され、前記第１の表面部分の一部に係合する前記反射／散乱手段により反射／散乱され、少なくとも１つのアパーチャ、ピンホール、又はレンズで変調され、かつ前記放射の入射角度に関する信号を与えるステップと、
角度信号に基づいて、前記第１の表面部分上の前記反射／散乱要素の係合位置を判定するステップと
を備える方法。
【請求項２１】
請求項２０に記載の方法であって、前記放射を供給するステップは、前記第１の表面部分から前記第２の表面部分まで前記透過性要素を通過する放射を前記透過性要素に戻すように反射する反射ステップを備える方法。
【請求項２２】
請求項２０に記載の方法であって、前記放射を供給するステップは、前記第１の表面部分の反対側にある透過性要素の第２の表面部分に配置され、前記第１の表面部分で前記透過性要素を通して放射を放出するモニタあるいはスクリーンから放射を供給するステップを備える方法。
【請求項２３】
請求項２２に記載の方法であって、前記モニタもしくはスクリーンにより、前記第１の表面部分の異なる領域に異なる特性の放射を供給する方法。
【請求項２４】
請求項２２に記載の方法であって、前記放射を供給するステップが、前記モニタあるいはスクリーンからの放射を変換するステップを含み、この変換のステップが、前記第１の表面部分の異なる領域において異なる特性の放射を供給するステップを含み、前記検出のステップはこの異なる特性を検出するステップを含む方法。
【請求項２５】
請求項２０乃至２４のいずれかに記載の方法であって、前記透過性要素がプレート状あるいはシートの形状をもち、前記検出のステップは前記透過性要素により伝送された放射を検出器に転送するステップを含む方法。
【請求項２６】
請求項２０乃至２５のいずれかに記載の方法であって、前記第１の表面部分において前記反射／散乱手段で反射／散乱されたモニタもしくはスクリーンからの放射を変換するステップをさらに備え、この変換のステップは、前記第１の表面部分の異なる領域から異なる特性の放射を供給するステップを含み、前記検出ステップはこの異なる特性を検出するステップを含む方法。
【請求項２７】
請求項２０乃至２６のいずれかに記載の方法であって、前記検出のステップが、検出要素に入射する放射のフィルタリングを行うステップを含む方法。
【請求項２８】
請求項２０乃至２７のいずれかに記載の方法であって、前記第２の表面部分において、第１の波長を有し、かつ前記第１の表面部分から前記第１の表面部分に対して第１の角度で入射する放射を、前記透過性要素内で、かつ前記第１の表面部分に対して第２の角度を有す方向に、反射もしくは散乱さる第２のステップをさらに備え、前記第２の角度が第１の角度より小さい方法。
【請求項２９】
請求項２８に記載の方法であって、前記第２の反射／散乱のステップは前記第２の表面領域上の所定領域で行われる方法。
【請求項３０】
請求項２９に記載の方法であって、個々の前記多数の所定領域について、前記所定領域と前記検出手段との間の直線に沿って他の前記所定領域が存在しないような位置に、前記検出手段及び前記所定領域を設けるステップをさらに備える方法。
【請求項３１】
請求項２８乃至３０に記載の方法であって、前記第２の反射／散乱のステップが、第２の波長をもち、第１の波長と異なり、かつ前記第１の表面部分に対して第３の角度を持つ放射を、前記第３の角度と少なくとも実質的に等しい角度で第３の表面部分に戻すように反射するステップを含む方法。
【請求項３２】
請求項２０乃至３１のいずれかに記載の方法であって、前記供給のステップが、前記第１の表面部分の所定領域に放射を供給するステップを含み、この第２の供給のステップが、前記所定領域に隣接する領域への放射を防ぐステップを含む方法。
【請求項３３】
請求項３２に記載の方法であって、前記第２の供給のステップが、前記第１の表面部分もしくはその隣接領域に対して、放射を防止もしくは阻止するステップを含む方法。
【請求項３４】
請求項３２乃至３３のいずれかに記載の方法であって、前記供給のステップが、長方形領域に放射を供給するステップを含む方法。
【請求項３５】
請求項３４に記載の方法であって、前記供給の提供ステップが、１〜５ｃｍを含む１／２〜２０ｃｍ、好ましくは１  １／２〜３ｃｍの長さを持つ長方形領域に放射を供給するステップを含む方法。
【請求項３６】
請求項２０乃至３５いずれかに記載の方法であって、
前記放射透過性要素中に前記第１の表面に向けて、１つ以上の放射エミッタが電磁放射を伝送するステップと、
前記放射エミッタから前記検出器まで放射が直接伝わることを防ぐステップと
をさらに備える方法。
【請求項３７】
請求項２０乃至３６のいずれかに記載の方法であって、前記反射／散乱要素が前記放射透過性要素を押す力を検知するステップをさらに備える方法。
【請求項３８】
請求項２１に記載の方法であって、
前記第１の表面部分の方向に延び、かつ複数の所定領域を持つ反射要素を設けるステップをさらに備え、この反射要素が
前記領域において前記第１の表面部分から前記第２の表面部分に向けた放射伝送を容易にし、
前記領域外において前記第２の表面部分から前記第１の表面部分に向かう放射を第２の表面部分に戻るように反射するものである、方法。
【請求項３９】
放射の放出／反射／散乱要素の位置判定のためのシステムであって、
第１の表面部分と、この第１の表面部分と反対側にある第２の表面部分とを持つ放射透過性要素もしくはプレートと、
前記第１の表面部分の方向に延び、かつ１つ以上の所定領域を持ち、個々の前記領域において前記第１の表面から前記第２の表面部分に向けて放射を伝送し、かつ前記領域外において前記第２の表面部分から前記第１の表面に向かう放射を前記第２の表面部分まで戻るように反射する、第１の反射要素と、
前記第１の表面部分の方向に延び、前記第１の反射要素から前記第２の表面部分に向けて前記透過性要素内を伝送される放射を前記第１の表面部分及び前記第１の反射要素に戻るように反射する第２の反射要素と、
それぞれ放射を検出して対応する信号を出力する複数の検出要素を備える少なくとも１つの少なくとも１次元の検出器を備え、前記検出要素に入射する放射を変調する少なくとも１つのアパーチャ、ピンホール、又はレンズを備えるものであり、
前記透過性要素に入り前記第１の反射要素の領域を通過して前記第１及び／又は第２の反射要素によって前記検出器に向けて反射されたものである、前記放出／反射／散乱手段からの放射を検出し、かつ
放射の入射角に関連する信号を出力する検出手段と、
角度信号に基づいて、前記第１の表面部分に対する前記放出／反射／散乱要素の位置を判定するための手段と
を備えるシステム。
【請求項４０】
請求項３９に記載のシステムであって、前記放出／反射／散乱要素に向けて放射を供給する手段をさらに備えるシステム。
【請求項４１】
放射の放出／反射／散乱要素の位置判定のための方法であって、
第１の表面部分と、この第１の表面部分と反対側にある第２の表面部分とを持つ放射透過性要素もしくはプレートを設けるステップと、
前記第１の表面部分の方向に延び、かつ複数の所定領域を持つ第１の反射要素を設けるステップと、
前記第１の表面部分の方向に延びる第２の反射要素を設けるステップと、
それぞれ放射を検知して対応する信号を出力する複数の検出要素を備える少なくとも１つの少なくとも１次元の検出器を有する検出手段を設けるステップと、
前記放出／反射／散乱要素から前記透過性要素に入り領域を通って前記第２の反射要素に向かう放射を受信するステップと、
前記第１及び第２の反射要素が前記受信された検出手段に向かう放射の少なくとも一部を反射するステップと、
少なくとも１つのアパーチャ、ピンホール、又はレンズで前記検出要素に入射する放射を変調するステップと、
検出された放射を検出して放射の入射角度と関連する信号を出力するステップと、
前記角度信号に基づいて、前記第１の表面部分に対する前記放出／反射／散乱要素の位置を判定するステップと
を備える方法。
【請求項４２】
請求項４１に記載の方法であって、前記放出／反射／散乱要素に向けて放射を供給するステップをさらに備える方法。
【国際調査報告】
2007505297.tif 000014
2007505297.tif 000015