(57)【要約】  光投射手段と光検出手段が、タッチ入力領域の対向する２辺のみに沿って配されているが、それでも二次元でタッチ対象を検出し位置決めすることができる、赤外線式タッチスクリーンについて記載する。特定の実施形態では、エッジぼやけアルゴリズムを使用して、第２座標を決定する一方で、他の実施形態では、立体視の形を使用し、三角法によって両座標を決定する。これらのタッチスクリーンは、タッチ入力領域の対向する２辺に沿ってベゼル幅が低減され、部品、製品組み立て、製造に関連するコストも削減できる。
2013511100.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力装置へのタッチ入力を受け付ける入力領域と、
前記入力領域の第１辺から複数のエネルギビームを投射する投射システムと、
前記入力領域の前記第１辺と対向する第２辺に沿って配列され、前記入力領域を横断した後の前記複数のエネルギビームの強度分布を測定する検出システムと、
前記検出システムに動作可能に接続され、前記強度分布を解析し、及び前記第１辺と前記第２辺との間の座標軸に沿って対象の位置を決定するアナライザと
を備える、入力装置。
【請求項２】
前記複数のエネルギビームは、略平面形状に略コリメートされた信号である
請求項１に記載の入力装置。
【請求項３】
前記エネルギビームは赤外線又は可視光線を含む
請求項１又は請求項２に記載の入力装置。
【請求項４】
前記アナライザは、前記強度分布を解析し、更に前記第１辺と前記第２辺との間の前記座標軸に直角な第２座標軸に沿って前記対象の位置を決定する
請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の入力装置。
【請求項５】
前記第１辺に隣接する前記入力領域の辺には、投射システム又は検出システムを存在させない
請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の入力装置。
【請求項６】
入力領域内における対象の位置を決定する方法であって、
前記入力領域の第１辺から前記入力領域の対向する第２辺に複数のエネルギビームを投射するステップと、
前記入力領域を横断した後の前記複数のエネルギビームの強度分布を測定するステップと、
前記強度分布を解析して、前記第１辺と前記第２辺の間の座標軸に沿って前記対象の位置を決定するステップと
を備える、方法。
【請求項７】
前記第１辺と隣接する前記入力領域の辺には、投射システム又は検出システムを存在させない
請求項６に記載の方法。
【請求項８】
入力装置へのタッチ入力を受け付ける入力領域と、
前記入力領域の第１辺から複数のエネルギビームを投射する投射システムと、
前記入力領域の前記第１辺と対向する第２辺に沿って配列され、前記入力領域を横断した後の前記複数のエネルギビームの強度分布を測定する検出システムと、
前記検出システムに動作可能に接続され、前記強度分布を解析するアナライザとを備え、
前記アナライザは、前記入力領域内の対象の存在により生じる前記強度分布の変化を解析し、前記第１辺と前記第２辺との間の座標軸に沿って前記対象の位置を決定する
入力装置。
【請求項９】
前記強度分布の変化は、強度が低下した領域を含む
請求項８に記載の入力装置。
【請求項１０】
前記アナライザは、前記強度が低下した領域内の１カ所又は複数箇所で傾きを決定し、これに基づき前記対象と前記入力領域の前記第２辺との間の距離を決定する
請求項９に記載の入力装置。
【請求項１１】
前記傾きの大きさは、前記対象と前記入力領域の前記第２辺との間の距離の増加に伴い減少するものである
請求項１０に記載の入力装置。
【請求項１２】
前記エネルギビームは、赤外線又は可視光線を含む
請求項８〜請求項１１のいずれか一項に記載の入力装置。
【請求項１３】
前記投射システムは、
光源と、
平面形状の光信号を受信し、集束し、送信する透過素子と、
光信号を略コリメートするコリメート素子と、
光信号をリダイレクトするリダイレクト素子とを備え、
前記透過素子、前記コリメート素子、前記リダイレクト素子は、前記光源からの光信号を受信し、前記光信号を送信し、コリメートし、リダイレクトすることにより、略平面形状の略コリメートされた信号として前記複数のエネルギビームを生成するように配設されている
請求項１２に記載の入力装置。
【請求項１４】
前記投射システムは、
光源と、
前記入力領域の前記第１辺に沿って配列され、前記光源からの光を前記第１辺に案内して、前記複数のエネルギビームを生成する送信用光導波路のアレイとを備える
請求項１２に記載の入力装置。
【請求項１５】
前記検出システムは、
前記第２辺に沿って配列され、前記複数のエネルギビームの一部を受信し、前記エネルギビームの一部を検出器アレイに伝導する光導波路のアレイを備える
請求項８〜請求項１４のいずれか一項に記載の入力装置。
【請求項１６】
前記アナライザは、
前記強度分布を解析し、更に前記第１辺と前記第２辺との間の前記座標軸に直角な第２座標軸に沿って前記対象の位置を決定する
請求項８〜請求項１５のいずれか一項に記載の入力装置。
【請求項１７】
前記第１辺に隣接する前記入力領域の辺には、投射システム又は検出システムを存在させない
請求項８〜請求項１６のいずれか一項に記載の入力装置。
【請求項１８】
入力領域内における対象の位置を決定する方法であって、
前記入力領域の第１辺から前記入力領域の対向する第２辺に複数のエネルギビームを投射するステップと、
前記入力領域を横断した後の前記複数のエネルギビームの強度分布を測定するステップと、
前記強度分布を解析して、前記入力領域における対象の存在を示す前記強度分布の変化を決定するステップと、
前記強度分布の変化に関するパラメータを算出するステップと、
前記パラメータを利用して、前記第１辺と前記第２辺の間の座標軸に沿って前記対象の位置を決定するステップと
を備える、方法。
【請求項１９】
前記強度分布の変化は、強度が低下した領域を含む
請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記パラメータは、前記強度が低下した領域内の１カ所又は複数箇所で測定した傾きを含む
請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記傾きの大きさは、前記対象と前記入力領域の前記第２辺との間の距離の増加に伴い減少するものである
請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記複数のエネルギビームを、略平面形状に略コリメートされた信号とする
請求項１８〜請求項２１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２３】
前記強度分布を解析して、前記第１辺と前記第２辺との間の前記座標軸に直角な第２座標軸に沿って前記対象の位置を決定するステップを更に備える
請求項１８〜請求項２２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２４】
前記第１辺に隣接する前記入力領域の辺には、投射システム又は検出システムを存在させない
請求項１８〜請求項２３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２５】
入力装置へのタッチ入力を受け付けるように適合された入力領域と、
前記入力領域を横断して第１の複数のエネルギビーム及び第２の複数のエネルギビームを投射し、前記第１の複数のエネルギビーム及び第２の複数のエネルギビームを前記入力領域の第１辺と第２辺との間で、交差する第１方向及び第２方向に伝搬させる、投射システムと、
前記入力領域を横断した後の第１の複数のエネルギビーム及び第２の複数のエネルギビームの強度分布を測定する検出システムと、
前記検出システムに動作可能に接続され、前記強度分布を解析するアナライザとを備え、
前記アナライザは、前記入力領域内における対象の存在により生じる前記強度分布の変化を解析し、前記第１辺と前記第２辺との間の座標軸に沿って前記対象の位置を決定する、入力装置。
【請求項２６】
前記エネルギビームは赤外線又は可視光線を含む
請求項２５に記載の入力装置。
【請求項２７】
前記投射システムは、前記第１の複数のエネルギビーム及び前記第２の複数のエネルギビームを前記入力領域の前記第１辺から投射するものであり、
前記検出システムは、前記入力領域の前記第２辺に沿って配列される
請求項２５又は２６に記載の入力装置。
【請求項２８】
前記検出システムは、
前記第２辺に沿って配列され、前記第１の複数のエネルギビームの一部を受信し、受信した前記エネルギビームの一部を検出器アレイに伝導する光導波路の第１アレイと、
前記第２辺に沿って配列され、前記第２の複数のエネルギビームの一部を受信し、受信した前記エネルギビームの一部を検出器アレイに伝導する光導波路の第２アレイとを備える
請求項２７に記載の入力装置。
【請求項２９】
前記光導波路のそれぞれは、終端に、対応する前記複数のエネルギビームの一部を前記光導波路に集束する面内レンズを有する
請求項２８に記載の入力装置。
【請求項３０】
前記検出システムは、光導波路のアレイと、これに関連して前記第２辺に沿って配列された光学素子とを備え、
前記光学素子のそれぞれは、前記第１の複数のエネルギビームと前記第２の複数のエネルギビームの一部を集光し、集光した前記エネルギビームの一部を、検出器アレイに伝導するためのそれぞれに関連した光導波路に集束する
請求項２８に記載の入力装置。
【請求項３１】
前記光学素子のそれぞれは、
関連した前記第１の複数のエネルギビームの一部及び前記第２の複数のエネルギビームの一部を集光し、集光した前記エネルギビームの一部を、前記関連した光導波路に集束する第１集束素子及び第２集束素子を備える
請求項３０に記載の入力装置。
【請求項３２】
前記光学素子のそれぞれは、集束素子と偏向素子を備え、
組み合わされた前記集束素子と前記偏向素子は、前記第１の複数のエネルギビームの一部を集光し、集光したエネルギビームの一部を前記関連した光導波路に集束し、
前記集束素子は、前記第２の複数のエネルギビームの一部を集光し、集光したエネルギビームの一部を前記関連した光導波路に集束する
請求項３０に記載の入力装置。
【請求項３３】
前記投射システムは、第１光源及び第２光源と、透過体とを備え、
前記透過体は、平面形状の光信号を受信し、集束し、送信する透過素子と、光信号を略コリメートするコリメート素子と、光信号をリダイレクトするリダイレクト素子とを備え、
前記透過素子、前記コリメート素子、前記リダイレクト素子は、光源からの光信号を受信し、前記光信号を送信し、コリメートし、リダイレクトすることにより、略平面形状の略コリメートされた信号を生成するように配設され、
前記第１光源及び前記第２光源は、前記第１光源からの光信号が前記透過体によって送信され、コリメートされ、リダイレクトされることにより、前記第１方向に伝搬する前記第１の複数のエネルギビームが生成され、前記第２光源からの光信号が前記透過体によって送信され、コリメートされ、リダイレクトされることにより、前記第２方向に伝搬する前記第２の複数のエネルギビームが生成されように配置される
請求項２７〜請求項３２のいずれか一項に記載の入力装置。
【請求項３４】
前記投射システムは、光源と、光分割素子と、透過体とを備え、
前記透過体は、平面形状の光信号を受信し、集束し、送信する透過素子と、光信号を略コリメートするコリメート素子と、光信号をリダイレクトするリダイレクト素子とを備え、
前記透過素子、前記コリメート素子、前記リダイレクト素子は、光源からの光信号を受信し、前記光信号を送信し、コリメートし、リダイレクトすることにより、略平面形状の略コリメートされた信号を生成するように配設され、
前記光源は、該光源からの光信号が、前記透過体によって送信され、コリメートされ、リダイレクトされることにより、略コリメートした略平面状の信号を生成するように配置され、
前記光分割素子は、前記略コリメートした略平面状の信号を、前記第１の複数のエネルギビーム及び前記第２の複数のエネルギビームに分割するように配置される
請求項２７〜請求項３２のいずれか一項に記載の入力装置。
【請求項３５】
前記光分割素子は、プリズムフィルム又は位相マスクを含む
請求項３４に記載の入力装置。
【請求項３６】
前記投射システムは、光源と、前記入力領域の前記第１辺に沿って配列された送信用光導波路の第１アレイ及び第２アレイとを備え、
前記送信用光導波路の第１アレイ及び第２アレイは、前記光源からの光を前記第１辺に伝導し、前記第１の複数のエネルギビーム及び前記第２の複数のエネルギビームを生成する
請求項２７〜請求項３２のいずれか一項に記載の入力装置。
【請求項３７】
前記投射システムは、第１光源及び第２光源と、前記入力領域の前記第１辺に沿って配列された送信用光導波路の第１アレイ及び第２アレイとを備え、
前記送信用光導波路の第１アレイは、前記第１光源からの光を前記第１辺へ伝導し、前記第１の複数のエネルギビームを生成し、
前記送信用光導波路の第２アレイは、前記第２光源からの光を前記第１辺へ伝導し、前記第２の複数のエネルギビームを生成する
請求項２７〜請求項３２のいずれか一項に記載の入力装置。
【請求項３８】
前記第１方向と前記第２方向との間の角度は５°〜３０°の範囲である
請求項２５〜請求項２７のいずれか一項に記載の入力装置。
【請求項３９】
前記第１方向と前記第２方向との間の角度は１０°である
請求項３８に記載の入力装置。
【請求項４０】
前記強度分布の変化が解析され、三角法によって前記対象の位置が決定される
請求項２５〜請求項３９のいずれか一項に記載の入力装置。
【請求項４１】
前記アナライザは、
前記強度分布を解析し、更に前記第１辺と前記第２辺との間の前記座標軸に直角な第２座標軸に沿って前記対象の位置を決定する
請求項２５〜請求項４０のいずれか一項に記載の入力装置。
【請求項４２】
前記第１辺に隣接する前記入力領域の辺には、投射システム又は検出システムを存在させない
請求項２５〜請求項４１のいずれか一項に記載の入力装置。
【請求項４３】
入力領域内における対象の位置を決定する方法であって、
第１の複数のエネルギビーム及び第２の複数のエネルギビームを、前記入力領域を第１方向及び第２方向に横断して、前記入力領域の対向する第２辺に投射し、前記第１方向と前記第２方向とは交差させるステップと、
前記入力領域を横断した後の前記第１の複数のエネルギビーム及び前記第２の複数のエネルギビームの強度分布を測定して、前記入力領域における対象の存在を示す前記強度分布の変化を決定するステップと、
前記強度分布の変化を解析して、前記第１辺と前記第２辺との間の座標軸に沿って前記対象の位置を決定するステップと
を備える方法。
【請求項４４】
前記第１辺に隣接する前記入力領域の辺には、投射システム又は検出システムを存在させない
請求項４３に記載の方法。
【請求項４５】
請求項６、請求項１８〜請求項２４、請求項４３、及び請求項４４のいずれか一項に記載の方法を実行するように構成された、コンピュータで読取可能なプログラムコードを有するコンピュータ用媒体を備える製品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はタッチスクリーンに関し、特に、部品数が比較的少なく、ベゼル寸法が低減され、及び／又は費用が削減された赤外線方式タッチスクリーンに関する。しかし、当然ながら、本発明は該特定分野の使用に限定しないものとする。
【０００２】
＜関連出願＞
本出願は、オーストラリア国仮特許出願第２００９９０５６２６号、第２０１０９０２７８０号から、及び米国仮特許出願第６１／３４７３３０号から優先権を主張し、その内容を本明細書に参照として組み込むものとする。
【背景技術】
【０００３】
本発明を適切な技術的文脈に置き、本発明の利点をより完全に理解可能にするために、以下の従来技術に関する検討を行う。しかし、当然のことながら、本明細書中の従来技術に関する検討は、かかる従来技術が当該分野で広く知られている、又は当該分野での常識の一部となっていることを、明示的若しくは黙示的に認めるものであるとは考えるべきではない。
【０００４】
タッチの検知に基づく入力装置（本明細書では、入力領域がディスプレイ画面に対応しているか否かに関わらず、タッチスクリーンと呼ぶ）は、長年、コンピュータ、携帯情報端末（ＰＤＡ）、携帯型ゲーム機、ＰＯＳキオスク（ｐｏｉｎｔ  ｏｆ  ｓａｌｅ  ｋｉｏｓｋ）等の電子装置で使用されており、現在では、携帯電話といった他の携帯型家電にも見られるようになった。一般的に、タッチ対応装置により、ユーザは、ディスプレイに表示されたアイコンや仮想キーボードのキー等の１つ又は複数のグラフィカル素子をタッチすることで、或いはディスプレイ又はパッドに書くことで、装置と対話可能になる。抵抗式、表面容量式、投影容量式、表面弾性波式、光学式及び赤外線式を含む、幾つかのタッチ検知技術が知られており、そうした技術全てに、費用、信頼性、明光下での視認し易さ、指、手袋をした指、スタイラスなど異なる種類のタッチ対象を検知する能力、シングルタッチ能力又はマルチタッチ能力等の領域で、長所及び短所がある。最も一般的な方法では、フレキシブル抵抗オーバーレイが使用されるが、オーバーレイは破損し易く、グレア問題を生じさせる可能性があり、下方のスクリーンを減光する傾向があり、そうした減光を補償するために余分な電力を使用する必要がある。また、抵抗装置は湿気の影響を受け易く、抵抗オーバーレイのコストは、周囲の長さに対して二次的な規模となる。他の方法は、静電容量式タッチスクリーンで、これもオーバーレイを必要とする。この場合、通常、オーバーレイについては耐久性が高くなるものの、まだグレアや減光の問題がある。
【０００５】
更に他の一般的な方法では、「赤外線」タッチとして知られる光ビームのマトリクス（必ずしも赤外線である必要はないが、通常は赤外線である）をディスプレイの前面に構成して、１本又は複数の光ビームの遮断により、タッチを検出する。図１に初期の形の赤外線式タッチスクリーン２を示すように、これは例えば、米国特許第３，４７８，２２０号（特許文献１）及び米国特許第３，６７３，３２７号（特許文献２）に記載されているが、矩形の入力領域６の隣接する２辺に沿った別個の光源４（例えば、ＬＥＤ）のアレイを備え、該光源から２組の平行な光ビーム８を、入力領域の他の２辺に沿った、対向する光検出器１０のアレイに向けて発する。入力領域のタッチ対象１２が、２つの軸それぞれの少なくとも１本の光ビームのかなりの部分を遮断すると、該タッチ対象の位置を容易に決定できる。
【０００６】
図２に示す、米国特許第５，９１４，７０９号（特許文献３）に記載された、光電子部品数（従って、部品費用）を大幅に低減した変形例の赤外線方式タッチスクリーン１４では、光源アレイを、Ｌ字型基板１８に集積された「送信用」光導波路１６のアレイで置き換えており、この「送信用」光導波路により、単一の光源４からの光を１×Ｎスプリッタ２０を介して分配して、光ビーム８の格子を作成する。また、光検出器のアレイを、他のＬ字型基板２４に集積された「受信用」光導波路２２のアレイで置き換えており、この「受信用」光導波路アレイにより、光ビームを集光し、検出器アレイ２６（例えば、ラインカメラ又はデジタルカメラチップ）に導く。各送信用光導波路は面内（ｉｎ−ｐｌａｎｅ）レンズ２８を備え、同様に、受信用光導波路も面内レンズ２９を備え、入力領域６の平面に信号光をコリメート又は集束させる。タッチスクリーンは、面外方向に信号光をコリメートするために、円筒状に湾曲した垂直コリメートレンズ（ＶＣＬ：ｖｅｒｔｉｃａｌ  ｃｏｌｌｉｍａｔｉｎｇ  ｌｅｎｓｅ）３０を備えてもよい。図１のタッチスクリーン２と同様に、タッチ対象の位置を、各軸で遮断された光ビームから割り出せる。便宜上、図２では、入力領域６の一辺につき４個の光導波路しか示していない。実際のタッチスクリーンでは、考えられる最小のタッチ対象が、各軸において少なくとも１本の光ビームのかなりの部分を遮断するように、面内レンズの間隔を十分に狭めて配置する。
【０００７】
米国特許公開第２００８／０２７８４６０号（発明の名称「透過体（Ａ  ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｖｅ  ｂｏｄｙ）」、参照により本明細書に組み込む）で開示された、図３に示す更に別の変形例の赤外線方式タッチスクリーン３１では、図２のタッチスクリーンの「送信用」光導波路１６及び関連する面内レンズ２８を、導光板３４と、パラボラリフレクタ３８を備える２個のコリメート／リダイレクト素子３６とを備える透過体３２で置き換えている。１対の光源４、例えば、ＬＥＤからの赤外線４０は、導光板に投射された後、コリメート／リダイレクト素子によってコリメート及びリダイレクトされ、導光板の前方で受信用光導波路２２に向かって伝搬する２つの光シート４２が生成する。タッチ対象が遮断した光シートの部分から、タッチイベントが検出され、その位置や寸法が決定される。明らかに、導光板３４は、光源４が投射した赤外線４０に対して透過性である必要があり、下方にディスプレイ（図示せず）があれば、可視光に対しても透過性が必要となる。或いは、ディスプレイを導光板と光シートとの間に設置してもよく、その場合、導光板は可視光に対して透過性である必要はない。
【０００８】
光導波路を図２及び図３で示したタッチスクリーンの受信側に使用することで、図１で示した「別個部品」式タッチスクリーンと比べて、空間分解能を高められる。説明のために、狭い角度範囲内で伝搬する光線のみを、各面内レンズ２９によって、他の光線を排除して、各面内レンズに関連する光導波路に集光させている。
【０００９】
図１、図２、図３に示した赤外線方式タッチスクリーンに共通する点は、ディスプレイと通常一致する入力領域６の全４辺の周りに部品が存在する点である。これらの部品が、図１の装置における光源４及び光検出器１０のアレイであるか、図２の装置における光導波路の基板１８、２４であるか、又は図３の装置における光導波路の基板２４及びパラボラリフレクタ３８であるかに関係なく、そうした部品が存在することで、どれだけベゼルを狭くできるかが制限される。当然ながら、全４辺に関連した「ベゼル幅」により、所与の家電製品内で使用可能なディスプレイサイズが制限され、携帯電話等の小型装置にとっては著しい制限となる可能性もある。また、ベゼル幅が広過ぎると、既存の装置設計では赤外線タッチに関する追加機能を組み込むのに問題となることもある。更に、当然ながら、ディスプレイの４辺全てに部品が存在することにより、部品に関連するコストがかかることに加え、組み立てや製造に余計なコストがかかることになる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明の目的は、従来技術の短所の少なくとも１つを解消すること、改善すること、又は、有用な代替手段を提供することである。本発明の目的は、好適な形態では、入力領域の少なくとも２辺のベゼル幅が低減された、赤外線方式タッチスクリーンを提供することである。また別の本発明の目的は、好適な形態では、部品数がより少ない赤外線方式タッチスクリーンを提供すること、材料、製品組み立て及び製造にかかるコストを低減することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
第１態様によると、本発明は、
入力装置へのタッチ入力を受け付ける入力領域と、
前記入力領域の第１辺から複数のエネルギビームを投射する投射システムと、
前記入力領域の前記第１辺と対向する第２辺に沿って配列され、前記入力領域を横断した後の前記複数のエネルギビームの強度分布を測定する検出システムと、
前記検出システムに動作可能に接続され、前記強度分布を解析し、及び前記第１辺と前記第２辺との間の座標軸に沿って対象の位置を決定するアナライザと
を備える、入力装置を提供する。
【００１２】
好適には、複数のエネルギビームは、略平面形状に略コリメートされた信号である。好適には、エネルギビームは、赤外線又は可視光線を含む。好適には、アナライザは、前記強度分布を解析し、更に前記第１辺と前記第２辺との間の前記座標軸に直角な第２座標軸に沿って前記対象の位置を決定する。
【００１３】
好適には、前記第１辺（又は第２辺）に隣接する入力領域の辺には、投射システム又は検出システムを存在させない。本実施形態では、入力装置は、第１辺と第２辺で対向する投射システムと検出システムから成るか、又は実質的に成り、残りの辺（第３辺及び第４辺）には、実質的に投射システム／検出システムを全く存在させず、それにより第３辺及び第４辺でのベゼル幅を低減できる。当然ながら、第３辺及び第４辺には、送信用又は受信用アレイを存在させない。
【００１４】
第２態様によると、本発明は、入力領域内における対象の位置を決定する方法を提供するが、この方法は、
前記入力領域の第１辺から前記入力領域の対向する第２辺に複数のエネルギビームを投射するステップと、
前記入力領域を横断した後の前記複数のエネルギビームの強度分布を測定するステップと、
前記強度分布を解析して、前記第１辺と前記第２辺の間の座標軸に沿って前記対象の位置を決定するステップと、を備える。
【００１５】
好適には、本方法に使用する入力装置は、第１辺及び第２辺に存在する対向した投射システム及び検出システムから実質的に成り、残りの辺（第３辺及び第４辺）には、実質的に投射システム／検出システムを全く存在させず、それにより第３辺及び第４辺でのベゼル幅を低減できる。
【００１６】
第３態様によると、本発明は、
入力装置へのタッチ入力を受け付ける入力領域と、
前記入力領域の第１辺から複数のエネルギビームを投射する投射システムと、
前記入力領域の前記第１辺と対向する第２辺に沿って配列され、前記入力領域を横断した後の前記複数のエネルギビームの強度分布を測定する検出システムと、
前記検出システムに動作可能に接続され、前記強度分布を解析するアナライザとを備え、
前記アナライザは、前記入力領域内の対象の存在により生じる前記強度分布の変化を解析し、前記第１辺と前記第２辺との間の座標軸に沿って前記対象の位置を決定する、入力装置を提供する。
【００１７】
好適には、強度分布の変化は、強度が低下した領域を含む。好適には、アナライザは、前記強度が低下した領域内の１カ所又は複数箇所で傾きを決定し、これに基づき前記対象と前記入力領域の前記第２辺との間の距離を決定する。好適な形では、前記傾きの大きさは、前記対象と前記入力領域の前記第２辺との間の距離の増加に伴い減少するものである。
【００１８】
一実施形態では、投射システムは、光源と、平面形状の光信号を受信し、集束し、送信する透過素子と、光信号を略コリメートするコリメート素子と、光信号をリダイレクトするリダイレクト素子とを備え、前記透過素子、前記コリメート素子、前記リダイレクト素子は、前記光源からの光信号を受信し、前記光信号を送信し、コリメートし、リダイレクトすることにより、略平面形状の略コリメートされた信号として前記複数のエネルギビームを生成するように配設されている。
【００１９】
別の実施形態では、投射システムは、光源と、前記入力領域の前記第１辺に沿って配列され、前記光源からの光を前記第１辺に案内して、前記複数のエネルギビームを生成する送信用光導波路のアレイとを備える。
【００２０】
好適には、検出システムは、上前記第２辺に沿って配列され、前記複数のエネルギビームの一部を受信し、前記エネルギビームの一部を検出器アレイに伝導する光導波路のアレイを備える。
【００２１】
好適な実施形態では、アナライザは、前記強度分布を解析し、更に前記第１辺と前記第２辺との間の前記座標軸に直角な第２座標軸に沿って前記対象の位置を決定する。
【００２２】
好適には、入力装置は、第１辺と第２辺で対向する投射システムと検出システムから実質的に成り、残りの辺（第３辺及び第４辺）には、実質的に投射システム／検出システムを全く存在させず、それにより第３辺及び第４辺でのベゼル幅を低減できる。
【００２３】
第４態様によると、本発明は、入力領域内における対象の位置を決定する方法を提供するが、この方法は、
前記入力領域の第１辺から前記入力領域の対向する第２辺に複数のエネルギビームを投射するステップと、
前記入力領域を横断した後の前記複数のエネルギビームの強度分布を測定するステップと、
前記強度分布を解析して、前記入力領域における対象の存在を示す前記強度分布の変化を決定するステップと、
前記強度分布の変化に関するパラメータを算出するステップと、
前記パラメータを利用して、前記第１辺と前記第２辺の間の座標軸に沿って前記対象の位置を決定するステップと、を備える。
【００２４】
当然ながら、前記強度分布の変化は、強度が低下した領域を含む。好適には、パラメータは、前記強度が低下した領域内の１カ所又は複数箇所で測定した傾きを含む。好適な形では、前記傾きの大きさは、前記対象と前記入力領域の前記第２辺との間の距離の増加に伴い減少するものである。
【００２５】
好適には、複数のエネルギビームを、略平面形状に略コリメートされた信号とする。
【００２６】
更なる実施形態では、前記強度分布を解析して、前記第１辺と前記第２辺との間の前記座標軸に直角な第２座標軸に沿って前記対象の位置を決定するステップを更に備える。
【００２７】
好適には、本方法に使用する入力装置は、第１辺と第２辺で対向する投射システムと検出システムから実質的に成り、残りの辺（第３辺及び第４辺）には、実質的に投射システム／検出システムを全く存在させず、それにより第３辺及び第４辺でのベゼル幅を低減できる。
【００２８】
第５態様によると、本発明は、
入力装置へのタッチ入力を受け付けるように適合された入力領域と、
前記入力領域を横断して第１の複数のエネルギビーム及び第２の複数のエネルギビームを投射し、前記第１の複数のエネルギビーム及び第２の複数のエネルギビームを前記入力領域の第１辺と第２辺との間で、交差する第１方向及び第２方向に伝搬させる、投射システムと、
前記入力領域を横断した後の第１の複数のエネルギビーム及び第２の複数のエネルギビームの強度分布を測定する検出システムと、
前記検出システムに動作可能に接続され、前記強度分布を解析するアナライザとを備え、
前記アナライザは、前記入力領域内における対象の存在により生じる前記強度分布の変化を解析し、前記第１辺と前記第２辺との間の座標軸に沿って前記対象の位置を決定する、入力装置を提供する。
【００２９】
好適には、投射システムは、前記第１の複数のエネルギビーム及び前記第２の複数のエネルギビームを前記入力領域の前記第１辺から投射するものであり、前記検出システムは、前記入力領域の前記第２辺に沿って配列される。
【００３０】
好適には、検出システムは、前記第２辺に沿って配列され、前記第１の複数のエネルギビームの一部を受信し、受信した前記エネルギビームの一部を検出器アレイに伝導する光導波路の第１アレイと、前記第２辺に沿って配列され、前記第２の複数のエネルギビームの一部を受信し、受信した前記エネルギビームの一部を検出器アレイに伝導する光導波路の第２アレイとを備える。好適には、光導波路のそれぞれは、終端に、対応する前記複数のエネルギビームの一部を前記光導波路に集束する面内レンズを有する。
【００３１】
別の実施形態では、検出システムは、光導波路のアレイと、これに関連して前記第２辺に沿って配列された光学素子とを備え、前記光学素子のそれぞれは、前記第１の複数のエネルギビームと前記第２の複数のエネルギビームの一部を集光し、集光した前記エネルギビームの一部を、検出器アレイに伝導するためのそれぞれに関連した光導波路に集束する。
【００３２】
一実施例では、光学素子のそれぞれは、関連した前記第１の複数のエネルギビームの一部及び前記第２の複数のエネルギビームの一部を集光し、集光した前記エネルギビームの一部を、前記関連した光導波路に集束する第１集束素子及び第２集束素子を備える。
【００３３】
別の実施例では、光学素子のそれぞれは、集束素子と偏向素子を備え、組み合わされた前記集束素子と前記偏向素子は、前記第１の複数のエネルギビームの一部を集光し、集光したエネルギビームの一部を前記関連した光導波路に集束し、前記集束素子は、前記第２の複数のエネルギビームの一部を集光し、集光したエネルギビームの一部を前記関連した光導波路に集束する。
【００３４】
好適には、投射システムは、第１光源及び第２光源と、透過体とを備え、
前記透過体は、平面形状の光信号を受信し、集束し、送信する透過素子と、光信号を略コリメートするコリメート素子と、光信号をリダイレクトするリダイレクト素子とを備え、
前記透過素子、前記コリメート素子、前記リダイレクト素子は、光源からの光信号を受信し、前記光信号を送信し、コリメートし、リダイレクトすることにより、略平面形状の略コリメートされた信号を生成するように配設され、
前記第１光源及び前記第２光源は、前記第１光源からの光信号が前記透過体によって送信され、コリメートされ、リダイレクトされることにより、前記第１方向に伝搬する前記第１の複数のエネルギビームが生成され、前記第２光源からの光信号が前記透過体によって送信され、コリメートされ、リダイレクトされることにより、前記第２方向に伝搬する前記第２の複数のエネルギビームが生成されように配置される。
【００３５】
別の好適な実施形態では、投射システムは、光源と、光分割素子と、透過体とを備え、
前記透過体は、平面形状の光信号を受信し、集束し、送信する透過素子と、光信号を略コリメートするコリメート素子と、光信号をリダイレクトするリダイレクト素子とを備え、
前記透過素子、前記コリメート素子、前記リダイレクト素子は、光源からの光信号を受信し、前記光信号を送信し、コリメートし、リダイレクトすることにより、略平面形状の略コリメートされた信号を生成するように配設され、
前記光源は、該光源からの光信号が、前記透過体によって送信され、コリメートされ、リダイレクトされることにより、略コリメートした略平面状の信号を生成するように配置され、
前記光分割素子は、前記略コリメートした略平面状の信号を、前記第１の複数のエネルギビーム及び前記第２の複数のエネルギビームに分割するように配置される。
【００３６】
好適には、光分割素子は、プリズムフィルム又は位相マスクを含む。
【００３７】
更に別の好適な実施形態では、前記投射システムは、光源と、前記入力領域の前記第１辺に沿って配列された送信用光導波路の第１アレイ及び第２アレイとを備え、前記送信用光導波路の第１アレイ及び第２アレイは、前記光源からの光を前記第１辺に伝導し、前記第１の複数のエネルギビーム及び前記第２の複数のエネルギビームを生成する。
【００３８】
更に別の好適な実施形態では、前記投射システムは、第１光源及び第２光源と、前記入力領域の前記第１辺に沿って配列された送信用光導波路の第１アレイ及び第２アレイとを備え、前記送信用光導波路の第１アレイは、前記第１光源からの光を前記第１辺へ伝導し、前記第１の複数のエネルギビームを生成し、前記送信用光導波路の第２アレイは、前記第２光源からの光を前記第１辺へ伝導し、前記第２の複数のエネルギビームを生成する。
【００３９】
好適には、前記第１方向と前記第２方向との間の角度は５°〜３０°の範囲である。より好適には、この角度は１０°である。
【００４０】
好適には、前記強度分布の変化が解析され、三角法によって前記対象の位置が決定される。好適には、アナライザは、前記強度分布を解析し、更に前記第１辺と前記第２辺との間の前記座標軸に直角な第２座標軸に沿って前記対象の位置を決定する。
【００４１】
好適には、入力装置は、第１辺と第２辺で対向する投射システムと検出システムから実質的に成り、残りの辺（第３辺及び第４辺）には、実質的に投射システム／検出システムを全く存在させず、それにより第３辺及び第４辺でのベゼル幅を低減できる。
【００４２】
第６態様によると、本発明は、入力領域内における対象の位置を決定する方法を提供し、この方法は、
第１の複数のエネルギビーム及び第２の複数のエネルギビームを、前記入力領域を第１方向及び第２方向に横断して、前記入力領域の対向する第２辺に投射し、前記第１方向と前記第２方向とは交差させるステップと、
前記入力領域を横断した後の前記第１の複数のエネルギビーム及び前記第２の複数のエネルギビームの強度分布を測定して、前記入力領域における対象の存在を示す前記強度分布の変化を決定するステップと、
前記強度分布の変化を解析して、前記第１辺と前記第２辺との座標軸に沿って前記対象の位置を決定するステップと、を備える。
【００４３】
好適には、本方法に使用する入力装置は、第１辺と第２辺で対向する投射システムと検出システムから実質的に成り、残りの辺（第３辺及び第４辺）には、実質的に投射システム／検出システムを全く存在させず、それにより第３辺及び第４辺でのベゼル幅を低減できる。
【００４４】
第７態様によると、本発明は、第２態様、第４態様又は第６態様のいずれか一態様による方法を実行するように構成された、コンピュータで読取可能なプログラムコードを有するコンピュータ用媒体を備える製品を提供する。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】複数対の光源と検出器を有する「別個部品」式の赤外線タッチスクリーンの平面図である。
【図２】光導波路ベースの赤外線タッチスクリーンの平面図である。
【図３】「導光板」式の赤外線タッチスクリーンの平面図である。
【図４】略全幅に亘り延在するタッチスクリーンを有する携帯電話の平面図である。
【図５】本発明の一実施形態である「導光板」式の赤外線タッチスクリーンの（ａ）平面図、（ｂ）側面図である。
【図６】「導光板」式の赤外線タッチスクリーンのコントローラがタッチ対象をどのように検出するかを模式的に示した図である。
【図７】（ａ），（ｂ）は、「導光板」式赤外線タッチスクリーンについて、タッチ対象によって生じた影の鮮鋭度に対する、受信用光導波路からの距離の影響を示す図である。
【図８】本発明の一実施形態である光導波路ベースの赤外線タッチスクリーンの平面図である。
【図９】本発明の一実施形態である別個部品式の赤外線タッチスクリーンの平面図である。
【図１０】本発明の一実施形態である別個部品式の赤外線タッチスクリーンの平面図である。
【図１１】本発明の一実施形態である光導波路ベースの赤外線タッチスクリーンの平面図である。
【図１２】（ａ），（ｂ），（ｃ）は、集積型の光導波路のアレイを積重する構成の３つの可能性を示す側面図である。
【図１３】本発明の一実施形態である「導光板」式の赤外線タッチスクリーンの（ａ）平面図、（ｂ）側面図である。
【図１４】本発明の一実施形態である「導光板」式の赤外線タッチスクリーンの側面図である。
【図１５】（ａ）は光源をパラボラリフレクタの焦点軸から離隔して配置した場合の平面図であり、（ｂ）は焦点軸から離隔した光源を２つ有する本発明の実施形態における投射システムの平面図であり、（ｃ）は焦点軸上の光源１つと焦点軸から離隔した光源１つを有する本発明の実施形態における投射システムの平面図である。
【図１６】（ａ）は図１５（ｂ）の投射システムを組み込んだ「導光板」式の赤外線タッチスクリーンの平面図であり、（ｂ）は図１５（ｃ）の投射システムを組み込んだ「導光板」式の赤外線タッチスクリーンの平面図である。
【図１７】軸外のビームの受信に適した面内レンズの設計を示す平面図である。
【図１８】隣接する面内レンズの対により共通の光導波路へ供給する受信用光導波路の構成の平面図である。
【図１９】（ａ），（ｂ）はそれぞれ異なる２方向に伝搬する光ビームを単一の光導波路に集束できる光学素子の平面図である。
【図２０】（ａ），（ｂ）はそれぞれ光分割素子を有する本発明の一実施形態の投射システムの平面図である。
【図２１】焦点軸上の光源１つと焦点軸から離隔した光源２つを有する本発明の一実施形態の「導光板」式の赤外線タッチスクリーンの平面図である。
【図２２】本発明の一実施形態の光導波路ベースの光学式赤外線タッチスクリーンの平面図である。
【図２３】本発明の一実施形態の光導波路ベースの光学式赤外線タッチスクリーンの平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００４６】
以下、本発明の好適実施形態について、例示として、添付図を参照して記載する。
【００４７】
図４は、タッチスクリーン４６と、オン／オフスイッチ４８と、スピーカ５０とを備えた携帯電話４４の概略を示す平面図である。ここで示したタッチスクリーンの際立った特徴は、対向する２辺５２、５２’においてベゼル幅が最小にされており、実質的に携帯電話の全幅をタッチスクリーンで占めることを可能にし、利用可能な画面領域が増大しており、その結果として見栄えが良くなる可能性があるという点である。明らかに、他の２辺に沿ってベゼル幅を狭めることは、強く要請されるものではない。このセクションでは、対向する２辺でベゼル幅が低減された「別個部品」式、「光導波路ベース」式及び「導光板」式の赤外線タッチスクリーン（図１、図２、図３にそれぞれ示したような）について、幾つかの変形例を記載する。
【００４８】
図５（ａ）及び図５（ｂ）はそれぞれ、本発明の一実施形態の「導光板」式の赤外線タッチスクリーン５４の平面図及び側面図であり、このタッチスクリーンは、導光板３４、パラボラリフレクタ３８を備える単一のコリメート／リダイレクト素子３６、及び、パラボラリフレクタの焦点にあるＬＥＤ４を備える「単軸」の透過体５６の形をした投射システムと、「受信用」光導波路２２のアレイ及びラインカメラ２６の形をした検出システム５８と、ＬＥＤ及びラインカメラに接続されたコントローラ６０とを備えている。便宜上、コントローラについては、次から図示する実施形態では総じて示さないが、必ず存在するものとする。透過体である導光板は、ＬＥＤから平面形状の光信号４０を受信し、集束し、送信するものであり、コリメート／リダイレクト素子３６は、光信号を略コリメートし、該光信号をリダイレクトして、出射面６２から投射される略コリメートしたシート状の光４２の形で複数のエネルギビームを発生させる。光シートは、導光板の表面を伝搬し、且つ、導光板の表面で又は導光板の表面付近で、対象１２によって部分的に遮断され得る。伝搬方向は、パラボラリフレクタの焦点軸６３に平行であり、光シートが面内レンズ２９のアレイに衝突し、その一部が受信用光導波路に集束するように、導光板の側辺５２、５２’に平行となるように設計される。
【００４９】
図５（ａ）及び図５（ｂ）では、透過体５６を単一の部材として図示しており、例えば射出成形で作製される。しかしながら、上述した米国特許公開第２００８／０２７８４６０号で説明されているように、これは必須ではなく、状況によっては、透過体を２つの部材（例えば、導光板と別個のコリメート／リダイレクト素子）、又は３つの部材で提供し、組み立て中にそれらを組み合わせるのが好適なことがある。また、このことは、本明細書で記載する他の全ての「導光板」式の赤外線タッチスクリーンにも該当する。更に、導光板は、ディスプレイ（存在した場合）の表、またはディスプレイの裏に配することができ、或いは、ディスプレイの硝子自体を使用して、導光板の機能を果たさせてもよい。
【００５０】
このタッチスクリーン５４のコントローラ６０は、受信強度プロファイルについて、入力領域における対象物の存在を示すと考えられる変化を解析するが、図３の装置と同様にして、タッチ対象１２のＸ軸座標をも、光シートの遮断部分から容易に決定できることは、明らかであろう。意外にも、Ｙ軸座標を決定することも可能である。どのようにこれを達成できるかを説明する前に、コントローラがＸ軸座標をどのように決定するかについて、より詳細に記載する。図６は、ラインカメラの一部を横断する画素位置に対する受信強度のプロットを示しており、画素位置は、受信用光導波路のレイアウトに従い、入力領域のＸ軸を横断する位置に対応している。強度が低下している領域６４が、「検出閾値」６６の下にある場合、タッチイベントによって遮られたと解釈される。次に、原因となるタッチ対象のエッジ部６８が、「位置閾値」７０を考慮して決定される。この「位置閾値」７０は、検出閾値に一致してもしなくてもよく、エッジ間の距離７２が、Ｘ軸におけるタッチ対象の幅、サイズ又は寸法を提供する。もう一つの重要なパラメータは、強度が低下している領域６４における強度変化の傾き（スロープ）である。スロープパラメータを規定できる方法は多数あり、一例として、「半値」レベル７４の付近で強度曲線の傾き（大きさのみ）の平均としてスロープパラメータを規定する。他の例は、強度分布プロファイルの第１微分及び／又は第２微分において屈曲点又は変曲点を算出すること等が、当業者に周知であろう。他の実施形態では、スロープパラメータを異なる方法で規定してもよく、例えば、強度が低下している領域内における複数個所の傾きの平均を含んでもよい。「導光板」式のタッチスクリーンは、エッジ検出アルゴリズムによく適合し、エッジ位置及び傾きを正確に決定できる、なだらかに変化する強度曲線が得られることを、我々は見出した。
【００５１】
Ｙ軸座標を決定するのに、「エッジ回折効果」を使用する。この効果によれば、タッチイベントのエッジの鮮鋭度は、タッチ対象と受信用光導波路との距離に依存する。特に、図３で示した「導光板」式の赤外線タッチスクリーンでは、タッチイベントのエッジは、受信用光導波路からタッチ対象が遠くなる程、より不鮮明になることを我々は観察した。図７（ａ）は、ラインカメラが検出した２つのタッチ対象ＡとＢによって生じる影を概略的に図示しており、図７（ｂ）は、対応する受信強度のプロットを示している。対象Ａは、受信用光導波路により近く、鮮鋭な影が生じている。一方、対象Ｂは、受信用光導波路から遠く、エッジ回折効果のために不鮮鋭な影が生じている。数学的に、影の鮮鋭度を、図６を参照して上述したように、スロープパラメータの形で表現してもよい。従って、スロープパラメータ、又は、他の何らかの影の鮮鋭度を定量化するもので、タッチ対象の受信用光導波路からの距離の測定値（即ち、Ｙ軸座標）を表せる。その結果、コントローラは、スロープパラメータを、既知の較正値と対比することによって、実際のＹ軸座標を決定する。既知の較正値は、製造時の装置試験中に確立するルックアップテーブルとしてもよく、或いは、スイッチをオンした時、または、ユーザの要求に応じて発生する較正ルーチンによって確立されるルックアップテーブルでもよい。他の実施形態では、ルックアップテーブルを、タッチスクリーン構成から分かるように、単にハードウェアまたはファームウェアとしてコントローラに組み込む、或いは、コントローラまたは携帯電話やコンピュータ等のホスト装置で動作するソフトウェアに組み込む。また他の実施形態では、スロープパラメータと、タッチ対象のエッジ（即ち、タッチ対象のＸ軸寸法）間の距離７２との両方を、１つ又は複数のルックアップテーブルと対比して、Ｙ軸座標を決定してもよい。
【００５２】
理論に縛られるつもりはないが、このエッジ回折効果は、面内の受信用光導波路レンズ及び／又はパラボラリフレクタのコリメートが不完全なために起こるもので、またこのエッジ回折効果は、ＬＥＤが理想的な点光源ではないことと関連しているかも知れないと考えている。更に、エッジ回折効果は、光学系をある程度不完全にコリメートするように設計することで強調される場合がある。エッジ回折効果について別の解釈をすると、対象に焦点が合った状態として、光学系でどの程度まで対象を測定できるかということになる。図７（ａ）では、タッチ対象Ａは比較的焦点が合っているのに対して、タッチ対象Ｂは比較的焦点がぼやけており、アルゴリズムを使用して、焦点が合っている度合い、ひいては対象の相対位置を決定することができる。デジタルスチルカメラやビデオカメラで一般的に使用されているような、多くの焦点アルゴリズムが利用可能であることを、当業者は認めるであろう。
【００５３】
本発明の更なる実施形態では、エッジ回折効果を使用して、他の種類の赤外線タッチスクリーンにおけるＹ軸座標の測定値を得てもよい。例えば、図８は「単軸」式の光導波路ベースのタッチスクリーン７６の平面図であり、図２の装置のように、エネルギビーム８が送信用光導波路１６のアレイによって生成される。図９は、「別個部品」式の赤外線タッチスクリーン７８であり、ＬＥＤ４のアレイと光検出器１０のアレイを、一対の対向する辺のみに沿って有している。どちらの場合も、スクリーンの辺５２、５２’に沿ってベゼル幅がかなり減少している。
【００５４】
エッジ回折効果は、図７（ａ）及び図７（ｂ）で示した形、即ち、タッチ対象によって生じる影が鮮鋭である程、タッチ対象が受信用光導波路により近くなる形を取る必要はない。受信側でのコリメート／集束などの要因に応じて、他のタッチスクリーン構成や技術に対して、対象が受信側／検出器から遠い程鮮鋭なエッジを表すように、微分エッジぼやけを逆にしてもよい。その場合でも、同じ原理を適用し、エッジの鮮鋭度に関する微分を、Ｙ軸座標の測定値を得るための重要な考慮すべき事項とすることができる。
【００５５】
本発明のまた他の実施形態では、「単軸」式の赤外線タッチスクリーンは、対向する両辺に投射システムと検出システムを有するものとすることができ、これにより、タッチ対象は、対向して伝搬する２つの光フィールドで検出される。このような構成とする利点としては、Ｙ軸座標を決定するのに使用するエッジぼやけアルゴリズムを２回行えるため、精度が向上する点がある。好ましい状況では、Ｙ軸座標を決定するために、コントローラがルックアップテーブルを全く参照せずに済むこともある。例えば、エッジぼやけの程度が（例えば、スロープパラメータによって測定されたものとして）この２回でそれぞれ等しい場合、コントローラは、タッチ対象がスクリーンにおいてＹ方向の中点に位置していると結論づける。
【００５６】
図１０に示すように、ＬＥＤ４と光検出器１０を交互に配置することにより、別個部品式の赤外線タッチスクリーンで、直線的に対向伝搬する光フィールドを生成することができる。図１１は、対向する２辺それぞれに沿う単一の基板８０上に、送信用面内レンズ２８、受信用面内レンズ２９及び光導波路１６、２２を交互に配置した光導波路ベースの適した構成を図示している。一般に、光導波路の交差８２は、交差角が十分に大きければ（例えば、１０°より大）、これは適切に光導波路をレイアウトすることで確実に行えるが、光導波路の製造又は光学的クロストークに関して重大な問題とはならない。しかしながら、「送信用」面内レンズ２８と「受信用」面内レンズ２９を、最密配置より密に交互配置した場合には、空間分解能は多少低くなるかもしれない。所望であれば、送信用光導波路と受信用光導波路を別々の基板上に作製し、図１２（ａ），１２（ｂ），１２（ｃ）に側面図でそれぞれ示したように、光導波路対光導波路、光導波路対基板、又は、基板対基板で重ねることができる。下部クラッド層８４と上部クラッド層８６は、集積型の光導波路に一般的なように、コア層１６とコア層２２に光アイソレーションを提供する。任意には、図１１の装置のＬＥＤ４、４’は、異なる発光波長を有し、対向して伝搬する光フィールド間の光学的クロストークを防止するために、受信用光導波路２２とラインカメラ２６、２６’との間には、適切なバンドパスフィルタ又はノッチフィルタ８８、８８’が設けられる。
【００５７】
図１３（ａ）及び図１３（ｂ）は、対向して伝搬する光フィールドを有する「導光板」式のタッチスクリーンの１つの可能な実施態様の平面図及び側面図を示しており、このタッチスクリーンでは、受信用光導波路２２のアレイ用の空間を作るために、コリメート／リダイレクト素子３６を若干入力領域６から後退させている。図１３（ａ）は、特に正確な寸法比ではない点に注意すべきである。実際のタッチスクリーンでは、面内レンズの長さを含む受信用光導波路アレイの幅は、通常７ｍｍ以下で、例えば典型的な携帯電話のタッチスクリーンの寸法より遥かに小さい。この構成は、コリメート／リダイレクト素子３６を両端に有する単一の導光板３４と、コリメート／リダイレクト素子３６を通して導光板３４に光４０を発射するＬＥＤ４、４’とを備える。或いは、図５（ａ）及び図５（ｂ）に示したタイプの単軸の導光板を２つ重ねてもよい。図１４は、もう一つの代替構成を側面図で示しており、受信用光導波路アレイ２２がコリメート／リダイレクト素子３６の上方に取付けられて、コリメート／リダイレクト素子が入力領域に隣接して設置可能となり、高さは増加するもののベゼル幅は減少している。図１１の装置と同様に、図１３（ａ）、図１３（ｂ）、及び図１４に示した変形例の構成は、所望であれば、適切なバンドパスフィルタ又はノッチフィルタと共に、異なる発光波長のＬＥＤ４、４’を備えることができる。これらのフィルタは、受信用光導波路２２とラインカメラ２６、２６’との間、或いは、面内レンズ２９と入力領域６との間に配置してもよい。
【００５８】
次に、対向する２辺に沿ってのみ光学素子を有するが、それでも立体視の形を用いて二次元でタッチ位置を決定できる、別のクラスの赤外線タッチスクリーンの構成について記載する。再び図５（ａ）を参照すると、単軸の透過体５６によりＬＥＤ４からの発散光４０を略コリメートしたシート状の光４２に変換し、パラボラリフレクタの焦点軸６３に平行に、且つ、導光板３４の側辺５２、５２’に平行に伝搬させる。ＬＥＤはパラボラリフレクタ３８の焦点軸に配置しておく。仮に、図１５（ａ）で示したように、ＬＥＤ４を意図的に「焦点軸の外」に配置した場合は、透過体５６は、略コリメートされ、焦点軸６３と角度を成して伝搬する「傾斜した（スキュー（ｓｋｅｗ））」光シート９０を生成する。
【００５９】
図１５（ｂ）に示したように、２個のＬＥＤ４、４’を焦点軸６３の両側に置いた場合、透過体５６は、それぞれ焦点軸及び側辺５２、５２’と角度を成して伝搬する、２つの略コリメートされたスキュー光シート９０、９０’を生成する。或いは、図１５（ｃ）に示すように、１個のＬＥＤ４を焦点軸６３上に位置させ、２個目のＬＥＤ４’を焦点軸の片側に位置させた場合、透過体５６は、焦点軸と平行に伝搬する１つの略コリメートされた光シート４２と、１つの略コリメートされたスキュー光シート９０とを生成する。
【００６０】
図１６（ａ）に示すように、スキュー光シートを個々のエネルギビーム経路９２、９２’として示し、面内レンズ２９、２９’を有する受信用光導波路２２、２２’の２つのアレイの形をした検出システム５８を加えることで、タッチ対象のＸ座標及びＹ座標が決定できるタッチスクリーンを得ることができる。ここで面内レンズ２９、２９’は、基板８０上に作製されて、各光シートの一部を受信して、該部分を２つのラインカメラ２６、２６’に（または、単一のラインカメラの２セクションに）伝導し、コントローラ６０はＬＥＤとラインカメラに接続されている。図１５（ｃ）の投射システムと同様な構成を、図１６（ｂ）に示す。タッチ座標は、当業者に理解されるアルゴリズムの範囲、例えば三角法を使用して、決定することができる。受信用光導波路は、図示したように単一の基板上に、或いは、図１２（ａ）、１２（ｂ）、または１２（ｃ）に示すように重ねた２枚の基板上に、交互配置して設けることができる。２つの光源を有する前述の実施形態と同様に、２個のＬＥＤ４、４’は、任意には、異なる発光波長を有し、２つのスキュー光フィールド間の光学的クロストークを防止するために、受信用光導波路とラインカメラとの間に適切なバンドパスフィルタまたはノッチフィルタを設けることができる。しかしながら、殆どの場合、面内レンズ２９、２９’により提供される優れた空間フィルタリングで、このクロストークを防止するには十分である。図１６（ａ）及び図１６（ｂ）で示した受信用光導波路２２の基板８０上におけるレイアウトは、単なる例示であり、所望であれば、例えばＬＥＤ４、４’からの光の逸れが問題となる場合に、ラインカメラ２６、２６’を再配置してレイアウトを調整できることを断わっておく。
【００６１】
特定の実施形態では、図１６（ａ）及び図１６（ｂ）に示したように、適切に傾けられた面内レンズを対称的に設けることによって、受信用光導波路に、ある特定の方向に伝搬するエネルギビームを受信させる。図１７に示した他の代替的な実施形態では、受信用光導波路は、特定の方向に伝搬するエネルギビーム９２、９２’を捉えるように設計された反射面１００を有する面内レンズ２９、２９’を備えている。この代替的な実施形態は、面内レンズの側壁１０２を平行にできるため、光導波路を密充填するレイアウトに対して有利であり得る。
【００６２】
図１６（ａ）及び図１６（ｂ）に示したように、検出システムの光導波路部分を、単一の基板上に作製する場合は、図１８で示すように、面内レンズ２９、２９’の対を、一連のＹ字接合部１０３で単一の受信用光導波路２２に合流させることで、ラインカメラに繋がるフェアウェー内の光導波路の数を半分にすることができ、必要な基板の幅を著しく低減することができる。この構成では、ＬＥＤ４、４’を時分割多重化式に、連続的にパルス化して、２組のエネルギ経路９２、９２’間を区別する。しかしながら、集積光学分野の当業者には周知の結果として、この構成は、Ｙ字接合部ごとに３ｄＢ損失するという欠点があり、面内レンズによる集光の５０％が、放射モードに失われる。
【００６３】
この３ｄＢの損失は、面内レンズの対を光学素子に結合させることによって回避することができ、異なる方向に伝搬する２組の略コリメートされた光ビームを集光して、単一の光導波路に集束できる。特定の実施形態では、この光学素子は、略コリメートされた光ビームの組ごとに、別個の集束素子を備えている。例えば、図１９（ａ）に示すように、スラブ光導波路１０８を備えてもよく、スラブ光導波路１０８は、光路９２、９２’を単一の光導波路２２に集束するように設計された２つの湾曲反射面１１０、１１０’の形をした第１集束素子及び第２集束素子を有している。他の実施形態では、この光学素子は、集束素子と偏向素子を備える。例えば、図１９（ｂ）に示すように、スラブ光導波路１０８の湾曲反射面１１０の形をした集束素子の前に配置されるプリズム１１２の形をした偏向素子を備えてもよい。一方の光路９２の組が湾曲面によって光導波路２２に集束する一方で、他方の光路９２’の組がプリズムによって、湾曲面が光路を光導波路２２に集束するように、偏向する。幾つかの変形例が可能であり、例えば偏向素子は、スラブ光導波路内にエアプリズムを形成することによって、集束素子の後に設置することができる。
【００６４】
図２０（ａ）及び図２０（ｂ）に示す別の実施形態では、投射システムは、光源４と、透過体５６と、光分割素子１０４とを備え、透過体によって投射された光シート４２は、光分割素子によって分割され、異なる方向に伝搬する複数の光路を２つ生成する。例えば図２０（ａ）に示すように、複数のスキュービーム経路９２、９２’の２つ、または、図２０（ｂ）に示すように、複数のスキュービーム経路９２’の１つと複数の直線ビーム経路９２”の１つを生成する。その内容が参照として組み込まれる国際特許出願ＰＣＴ／ＡＵ２０１０／００１２３２号（発明の名称「タッチ入力装置用の投射システム」）に詳細に記載されているように、光分割素子は、例えば、プリズムフィルムまたは位相マスク（ｐｈａｓｅ  ｍａｓｋ）としてもよい。１個の光源のみを有するこのような実施形態では、検出システムにより複数のビーム経路の２つが分離した状態に保たれる必要がある。これは、例えば、別個のラインカメラ、または単一のラインカメラの別々の部分に接続される、２組の受信用光導波路を設けることによって行われる。
【００６５】
図１６（ａ）から、側辺５２、５２’付近に、光ビームのカバーが不完全な、又は全くカバーしていない領域９４が存在することが分かる。この領域では、対象を正確に位置決めすることができず（一つの軸のビームによるカバーのみ）、或いは全く検出することができない（カバーしているビームがない）。また、図１６（ｂ）で示した構成においても、ビームによるカバーが不完全な領域が存在するのが、認められる。この問題は、スキュー光ビームがＹ軸と成す角度を小さくすることにより低減でき、或いは同じく、２組の光ビームが伝搬する方向のなす角度を小さくすることにより低減できるが、これはＬＥＤの一方または両方を焦点軸に近づけることと等しい。しかしながら、これもまた、Ｙ軸座標を決定できる精度を低下させるので、スクリーンのカバー範囲と精度とはトレードオフの関係となる。好適には、交差角、すなわち、２つの伝搬方向間の角度は、５°〜３０°の範囲にあり、より好適には約１０°である。例として、４：３のアスペクト比（７１．１ｍｍ×５３．３ｍｍ）で入力領域が３．５インチという特定の事例では、長辺（Ｙ軸）に対して±５°の方向とした、すなわち交差角１０°のスキュー光シートの一対による分解能は、Ｘ軸で１００ｄｐｉ、Ｙ軸で１０ｄｐｉであり、両側で最大６ｍｍのデッドゾーンを有している。この分解能は、指によるタッチに適している。或いは、タッチ入力領域を、ディスプレイ領域に対して大きくして、確実にディスプレイ領域全体が光ビームでカバーされるようにしてもよい。
【００６６】
図２１に平面図を示した更に別の構成では、パラボラリフレクタの焦点に追加のＬＥＤ４”を設けて追加のビーム９２”の組を生成すると共に、追加の受信用光導波路２２”の組を設けることにより、図１６（ａ）で光が当たらなかった領域９４がカバーされている。このような追加のビームは、パラボラリフレクタの不完全なコリメートによって、または理想的な点光源より極めて幅広な投射領域を有するＬＥＤ４、４’を使用することによって、生成することができる。
【００６７】
図１６（ａ）又は図１６（ｂ）のように２個の別個のＬＥＤ４、４’を、または図２１のように３個の別個のＬＥＤ４、４’、４”を使用する代わりに、投射光が分散した形態を使用してもよい。これにより、種々の異なる角度でビーム経路の全範囲を、明確にコリメートさせることなく提供できるが、面内レンズ２９は依然として、検出グリッドを形成するのに十分な空間フィルタリングを提供し、タッチ座標を決定することができる。
【００６８】
同様の原理に従って作動する全光導波路式の赤外線タッチスクリーンを、図２２に平面図で示す。この装置は、図示したように、２つの光源４、４’（任意には、異なる発光波長を有する）または単一の光源と、２組の受信用光導波路２２、２２’、及び２個のラインカメラ２６、２６’、又は図１６（ａ）〜図１９（ｂ）について上述したような光導波路、レンズ、ラインカメラ、或いはこれらの他の適当な組合せを備える検出システムとを、有してもよい。送信用光導波路１６、１６’は、図示したように単一の基板上に設ける、又は２枚の別個の重ねた基板に設けることができるが、このことは受信用光導波路２２、２２’に対しても同様である。図１６（ａ）及び図１６（ｂ）に示した装置でそうであるように、受信側の面内レンズ２９によって提供される優れた空間フィルタリングは、２組の平行な光ビーム８、８’間のクロストークを防止するのに有用である。当然ながら、個々の光検出器を正確に傾けた場合、及び／又は、個々の光検出器が実質的に１方向からの光のみを受信するのに十分な空間フィルタリングを有する場合、「別個部品」式も可能である。或いは、光源及び／又は光検出器を連続的に起動させて、クロストークを回避することができる。
【００６９】
幾つかの理由で、投射システムと検出システムを入力領域の対向する辺に設けると都合が良い。例えば、そうすることで装置の組立てが簡素化する、及び図１９（ａ）、１９（ｂ）に示したように集束素子を組み合わせて使用することが可能となる、及び／又は図２０（ａ）、２０（ｂ）に示したように光分割素子を使用することが可能となる等の理由である。しかしながら、これは必須ではない。投射システムの一部及び検出システムの一部を入力領域の対向する辺に設けることが可能であり、第１辺から第２辺に一組の光ビームが伝搬するようにし、且つ、第２辺から第１辺に２つ目の組の光ビームが伝搬するようにする。例えば、図２３は全光導波路式の赤外線タッチスクリーンを平面図で示しており、これは、入力領域６の対向する辺に、ＬＥＤ４／４’、１×Ｎスプリッタ２０／２０’、面内レンズ２８／２８’と連結された光導波路１６／１６’のアレイをそれぞれ備える２つの投射サブシステムと、カメラ２６／２６’、面内レンズ２９／２９’と連結された光導波路２２／２２’のアレイをそれぞれ備える２つの検出サブシステムとを有している。２組の光ビーム８、８’は、「立体視」実施形態に要請されるように、互いに角度を成して伝搬する。当然ながら、対応する「導光板」式の構成としてもよく、図１３（ａ）に示したものに類似するが、２つの光シートを異なる角度で伝搬させる。
【００７０】
面内レンズ、集束素子、偏向素子を必要に応じて有する送信用光導波路、または受信用光導波路を備える、上述した全ての光導波路のレイアウトは、光パターニング／湿式現像技術を使用して光硬化性高分子材料から製造することができ、このことは、例えば、米国特許第７，２１８，８１２号（発明の名称「パターニングされたクラッドを有する平面状光導波路及びその製造方法」）に記載されている。
【００７１】
当然ながら、前述の構成のいずれかを組み合わせて、その機能を拡張させ、または向上させることができる。例えば、立体視構成にエッジぼやけ作用を組み込んで、タッチ領域全体の分解能を高めてもよいし、単一ビームのカバー領域における分解能を高めてもよい。
【００７２】
また、前述の構成のいずれかで使用しているパラボラリフレクタによって提供されるコリメート機能は、屈折レンズ素子によっても得ることができ、これはサイズを抑制するために、単一のレンズ、セグメントレンズ、またはフレネルレンズとして構成することができる。同様に、簡易パラボラリフレクタを、セグメントパラボラリフレクタと置き換えてもよい。
【００７３】
本発明について特定の実施例を参照して記述したが、本発明は他の多くの形態で具現化してもよいことを、当業者は認識するであろう。
【符号の説明】
【００７４】
４，４’  ＬＥＤ
６  入力領域
１０  光検出器
１６，１６’  送信用光導波路
２２，２２’  受信用光導波路
２６，２６’  ラインカメラ
２８，２８’，２９，２９’  面内レンズ
３４  導光板
３６  コリメート／リダイレクト素子
３８  パラボラリフレクタ
５６  透過体
５８  検出システム
６４  強度が低下している領域
１０４  光分割素子
【先行技術文献】
【特許文献】
【００７５】
【特許文献１】米国特許第３４７８２２０号明細書
【特許文献２】米国特許第３６７３３２７号明細書
【特許文献３】米国特許第５９１４７０９号明細書
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【国際調査報告】
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2013511100.tif 000028