(57)【要約】光をベースとしたタッチスクリーンディスプレイでのデータエントリを実施し且つインキング、感圧データエントリ、ペン又はスタイラスのエントリの降下速度及び角度、オブジェクトを回転させる能力、オブジェクトのダブルクリック動作、高速クリック動作等の機能を実現することが可能な装置及び方法。本装置及び方法は、タッチスクリーン、及びデータエントリ動作期間中にタッチスクリーンと接触された場合にスタイラスへ付与される力の量に依存して圧縮する先端部を具備するスタイラスを包含している。タッチスクリーン上のスタイラスの動きを追跡する表示をタッチスクリーン上に発生するためプロセッサが設けられている。インキング機能を実現するために、該プロセッサは、スタイラスへ付与された書込力の量により発生される該先端部の圧縮の量と釣り合うようにタッチスクリーン上に発生される表示の相対的な厚さを推定すべく構成されている。該先端部の圧縮の量は、又、感圧データエントリを可能とする。【選択図】      図１
2008505404.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
タッチスクリーン、
それに付与される力の量に依存して圧縮する先端部を具備しており、更に該先端部をタッチスクリーンディスプレイと接触させることにより該タッチスクリーンディスプレイへデータエントリを行なう形態とされているスタイラス、
該タッチスクリーン上のスタイラスの移動をトレースする表示を該タッチスクリーン上に発生する形態とされており、更に該スタイラスへ付与された力の量によって発生される該先端部の圧縮の量と釣り合うように該タッチスクリーン上に発生される該表示の相対的な厚さを推定する形態とされているプロセッサ、
を有している装置。
【請求項２】
請求項１において、更に、該タッチスクリーンに隣接した自由空間内に光の薄層を有している装置。
【請求項３】
請求項２において、更に、該光の薄層に隣接して位置決めされている受光アレイを有しており、該スタイラスがデータエントリ動作期間中に該タッチスクリーンと接触する場合に該光の薄層における中断の位置を該受光アレイが決定する形態とされている装置。
【請求項４】
請求項１において、更に、該タッチスクリーンに隣接する該自由空間内に光の格子を有している装置。
【請求項５】
請求項４において、更に該光の格子に隣接している位置決めされている受光アレイを有しており、該受光アレイは、該スタイラスがデータエントリ動作期間中に該タッチスクリーンと接触する場合に、該光の格子における中断の位置を決定する形態とされている装置。
【請求項６】
請求項３及び５において、該受光アレイが、更に、該タッチスクリーンと接触する該スタイラスの該先端部の圧縮により発生される中断の幅を検知する形態とされている装置。
【請求項７】
請求項２及び５において、該受光アレイが、更に、第一軸に沿っての中断を検知するための第一受光要素及び第二軸に沿っての中断を検知するための第二受光要素を有している装置。
【請求項８】
請求項１において、該スタイラスの該先端部がゴム又は弾性ポリマーのうちの１つに制限されるものではないがそれを有している装置。
【請求項９】
請求項１において、該プロセッサが、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、プログラム可能論理、応用特定集積回路、又はそれらの組合わせのうちの１つで実現されている装置。
【請求項１０】
請求項１において、該プロセッサが、更に、データエントリ動作期間中に該スタイラスが該タッチスクリーンと接触するために使用される場合に、該スタイラスの降下速度を計算する形態とされている装置。
【請求項１１】
請求項１において、該プロセッサが、更に、複数個の圧力スレッシュホールドの夫々を超える該スタイラス上に与えられる圧力の量に基づいて複数個の異なるデータ入力のうちの１つを決定する形態とされている装置。
【請求項１２】
請求項１１において、該複数個の異なるデータ入力が以下のうちの１つ、即ち
アイコンのポップアップ記述に対する入力要求、
単一マウスクリック入力、又は
ダブルマウスクリック入力、
のうちの１つを有している装置。
【請求項１３】
請求項１において、該プロセッサが、更に、データエントリ動作期間中に該スタイラスが該タッチスクリーンと接触するために使用される場合に該スタイラスの降下角度を計算する形態とされている装置。
【請求項１４】
データエントリ動作期間中にタッチスクリーンと接触するスタイラスの変形可能な先端部の圧縮の量を検知することによりタッチスクリーンディスプレイに対するインキング機能を実施し、
該変形可能な先端部の圧縮の検知された量に基づいて該タッチスクリーン上に形成されるべき線の厚さを推定し、
該推定された厚さの線を該タッチスクリーン上に表示する、
ことを包含している方法。
【請求項１５】
請求項１４において、該圧縮の量を検知することが、更に、
該タッチスクリーンに隣接する自由空間内に光を発生し、
該書込用のスタイラスが該光を介して該タッチスクリーンと接触する場合に該変形可能な先端部の圧縮により発生される中断の幅を検知する、
ことを包含している方法。
【請求項１６】
請求項１５において、該線を表示することが、更に、該圧縮の量が比較的大きい場合には比較的厚く太い線を発生し且つ該圧縮の量が比較的小さい場合には比較的薄く細い線を発生することを包含している方法。
【請求項１７】
請求項１６において、該光を発生することが、更に、該タッチスクリーンに隣接する自由空間内に光の薄層を発生させることを包含している方法。
【請求項１８】
請求項１７において、該光を発生することが、更に、該タッチスクリーンに隣接する自由空間内に光の格子を発生させることを包含している方法。
【請求項１９】
請求項１４において、更に、書込動作期間中に該スタイラスが該タッチスクリーンと接触される場合の降下速度を計算することを包含している方法。
【請求項２０】
請求項１４において、更に、複数個の圧力スレッシュホールドの夫々を超える該スタイラス上に与えられる圧力の量に基づいて複数個の異なるデータ入力のうちの１つを決定する方法。
【請求項２１】
請求項２０において、該複数個の異なるデータ入力が以下のうちの１つ又はそれ以上、即ち、
アイコンのポップアップ記述に対する入力要求、
単一マウスクリック入力、又は
ダブルマウスクリック入力、
のうちの１つ又は以上を包含している方法。
【請求項２２】
請求項１４において、更に、データエントリ動作期間中に該スタイラスが該タッチスクリーンと接触するために使用される場合の該スタイラスの降下角度を計算する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、大略、光をベースとしたタッチスクリーンディスプレイに関するものであって、更に詳細には、光をベースとしたタッチスクリーンディスプレイでのデータエントリを実施する装置及び方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
データ処理システム用のユーザ入力装置は多くの形態を取ることが可能である。関連性のある二つのタイプはタッチスクリーンとペンをベースとしたスクリーンである。タッチスクリーン又はペンをベースとしたスクリーンのいずれの場合であっても、ユーザは指、又はスタイラス又はペン等の入力装置のいずれかでディスプレイスクリーンとタッチすることによりデータを入力をすることが可能である。
【０００３】
タッチ又はペンをベースとした入力システムを提供するための１つの従来のアプローチは、ディスプレイスクリーン上に抵抗性又は容量性の膜をオーバーレイさせることである。このアプローチは多数の問題を有している。第一に、その膜はディスプレイが薄暗く見えるようにさせ且つ下側に存在するディスプレイを見ることを不鮮明なものとさせる。補償するために、ディスプレイスクリーンの強度がしばしば増加される。然しながら、携帯電話、パーソナルデジタルアシスタント、ラップトップコンピュータ等の殆どのポータブル装置の場合には、高強度スクリーンは通常設けられていない。それらが使用可能な場合には、付加された強度が付加的なパワーを必要とし、その装置のバッテリの寿命を減少させる。その膜は、又、容易に損傷される。従って、これらの膜はペン又はスタイラス入力装置と共に使用するのに理想的なものではない。ペン又はスタイラスの運動はその薄い膜を損傷したり又は切れ目を発生させる場合がある。このことは、かなりの量の力でユーザが書込を行なう場合には特に言えることである。更に、その膜のコストはスクリーンの寸法と共に著しく増減する。大きなスクリーンの場合には、そのコストは典型的に法外なものである。周囲光が膜型入力スクリーンの場合に別の問題を発生する。周囲光はスクリーン上にグレアを発生させる場合があり、読取ることを一層困難なものとさせる。周囲光は、又、ノイズを増加させる場合があり、データ入力を検知することを一層困難なものとさせる。
【０００４】
タッチ又はペンをベースとした入力システムを提供するための別のアプローチは、入力ディスプレイの２つの隣接するＸ−Ｙ側部に沿って供給源発光ダイオード（ＬＥＤ）のアレイ及び該入力ディスプレイの反対側の２つの隣接するＸ−Ｙ側部に沿って対応するフォトダイオードの相互的アレイを使用することである。各ＬＥＤは相互的なフォトダイオードに対して指向された光ビームを発生する。ユーザが、指又はペンのいずれかでディスプレイをタッチすると、該光ビームにおける中断が該ディスプレイの反対側にある対応するＸ及びＹフォトダイオードにより検知される。従って、データ入力はＸ及びＹフォトダイオードにより検知される中断の座標を計算することにより決定される。然しながら、このタイプのデータ入力ディスプレイも多数の問題を有している。多数のＬＥＤとフォトダイオードとが典型的なデータ入力ディスプレイに対して必要とされる。ＬＥＤ及び相互的なフォトダイオードの位置が整合されることが必要である。比較的多数のＬＥＤとフォトダイオード、及び精密なアライメントに対する必要性がこのようなディスプレイを複雑で、高価で且つ製造困難なものとさせている。
【０００５】
更に別のアプローチは単一光源から単一アレイ検知器へ光のビームを発生し且つ受取るためにポリマー導波路の使用が関与している。これらのシステムは複雑且つ高価であり且つ送信及び受信導波路及びレンズ及び導波路との間にアライメントを必要とする傾向となる。該導波路は、通常、リソグラフィプロセスを使用して製造され、そのことは高価又は供給困難となる場合がある。例えば、米国特許第５，９１４，７０９号を参照すると良い。
【０００６】
紙の上にペン又はフェルト先端部マーカー等の道具で書込む場合に、線の厚さ即ち太さは書込用の道具に与えられる圧力の量により主に決定される。例えば、かなりの量の圧力が使用される場合には、厚く太い線が得られる。一方、最小量の圧力が使用される場合には薄く細い線が得られる。スタイラス又はペンによりタッチスクリーンディスプレイ上に与えられる圧力の量に依存して適切な厚さ及び太さの線を正確に描画するプロセスは「インキング（ｉｎｋｉｎｇ）」と呼ばれる。紙の上にペンで書く場合と同様に、比較的大きな量の書込圧力が使用される場合にはスクリーン上に厚く太い線が表われるべきである。比較的少ない量の書込圧力が使用される場合には薄く細い線が表われるべきである。
【０００７】
ペン又はスタイラス等のタッチディスプレイと共に使用される現在の入力装置は機能が制限されている。その１つには、それらは、通常、何等かの感圧能力で設計されていない限り、上述したインキング機能を実現することは不可能である。更に、それらは、典型的に、マウスと通常関連する機能を実施するための能力が制限されている。既知のペン又はスタイラスは、アイコンを選択し、プルダウンメニューを開き、又は書込むために使用することが可能である。然しながら、このようなペン又はスタイラスは、通常、感圧データエントリ、オブジェクトを回転させる能力、ダブルクリック動作、高速クリック動作又はその他の力及び／又は検知速度機能等のより進化した入力機能を実現するか、又はスタイラス又はペンの降下角度又は速度を検知するために使用することは不可能である。
【０００８】
【特許文献１】米国特許第５，９１４，７０９号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
従って、光をベースとしたタッチスクリーンディスプレイでのデータエントリを実施するための装置及び方法であって、インキング、感圧データエントリ、オブジェクトを回転するための能力、オブジェクトのダブルクリック動作、高速クリッキング等を実施することが可能な装置及び方法に対する必要性が存在している。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、光をベースとしたタッチスクリーンディスプレイでのデータエントリを実施するための装置及び方法であって、インキング、感圧データエントリ、ペン又はスタイラスの降下速度及びエントリ角度、オブジェクトを回転させるための能力、オブジェクトのダブルクリック動作、高速クリック動作等を実施することが可能な装置及び方法に関するものである。本装置及び方法は、タッチスクリーン及びデータエントリ動作期間中に該タッチスクリーンと接触される場合にスタイラスへ付与される力の量に依存して圧縮する先端部を具備するスタイラスを包含している。該タッチスクリーン上の該スタイラスの移動をトレースする該タッチスクリーン上の表示を発生するためにプロセッサが設けられている。インキング機能を実現するために、該プロセッサは、該スタイラスへ付与された書込力の量によって発生される該先端部の圧縮の量と釣り合うように該タッチスクリーン上に発生される表示の相対的な厚さを推定する形態とされている。該先端部の圧縮の量は、又、感圧データエントリを可能とさせる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
図１を参照すると、本発明の１実施例に基づくタッチスクリーンデータ入力装置が示されている。データ入力装置１０は、タッチスクリーン１４に隣接する自由空間内に光の連続的なシート即ち「薄層」１２を画定する。この光の薄層１２は、夫々、Ｘ及びＹ入力光源１６及び１８により形成される。該光の薄層へ光学的に結合されている光学的位置決定装置２０が、データが該入力装置へエンターされる場合に発生される該薄層における中断の位置を決定することにより該入力装置へのデータエントリを検知するために設けられている。この光学的位置検知装置２０はＸ受取アレイ２２と、Ｙ受取アレイ２４と、プロセッサ２６とを包含している。動作期間中に、ユーザは、ペン又はスタイラス等の入力装置を使用してスクリーン１４をタッチすることにより装置１０へのデータエントリを行なう。ペン又はスタイラスでスクリーンをタッチする動作期間中に、該スクリーンに隣接する自由空間内の光の薄層１２が中断される。光学的位置検知装置２０のＸ受取アレイ２２及びＹ受取アレイ２４がその中断のＸ及びＹ座標を検知する。該座標に基づいて、プロセッサ２６が装置１０へのデータエントリを決定する。
【００１２】
光の薄層１２は本発明の１実施例に基づいて実質的に一様な強度のものである。従って、受取用Ｘ軸及びＹ軸アレイ２０及び２２における感光性回路の所要のダイナミックレンジが最小とされ、且つ高い補間精度が維持される。然しながら、代替的な実施例においては、非一様な薄層１２を使用することが可能である。この場合には、薄層１２の最も低い強度の区域はＸ軸及びＹ軸アレイ２０及び２２によって使用される光検知要素の光活性化スレッシュホールドよりも一層高いものとすべきである。
【００１３】
タッチスクリーン１４は本発明の種々の実施例に基づいて任意のタイプのデータディスプレイとすることが可能である。例えば、スクリーン１４は、パソコン、ワークステーション、サーバー、モーバイルコンピュータ、ラップトップコンピュータ、ＰＯＳ端子、パーソナルデジタルアシスタンス（ＰＤＡ）、携帯電話、それらの任意の組合わせ、又はデータエントリを受取り且つ処理する任意のタイプの装置用のディスプレイとすることが可能である。
【００１４】
Ｘ及びＹ入力光源１６及び１８は、各々、本発明の１実施例に基づいてコリメートされた光ビームの供給源である。コリメートされた光は多数の異なる態様のうちのいずれかで発生させることが可能である。例えば、コリメート用レンズの焦点に装着した単一の光源からである。代替的に、コリメートした光ビームは複数個の点光源及びコリメートしたレンズ夫々から発生させることが可能である。更に別の実施例においては、Ｘ及びＹ入力光源１６及び１８は蛍光灯及びデフューザーから構成することが可能である。点光源又は複数の光源は発光ダイオード（ＬＥＤ）又は面発光レーザー（ＶＣＳＥＬ）とすることが可能である。
【００１５】
薄層１２を形成するために使用されるＸ軸及びＹ軸光源１６及び１８により発生される光の波長は、本発明の異なる実施例に従い異なることが可能である。例えば、その光は、白熱供給源からの白色光のように３５０ｎｍ乃至１１００ｎｍの拡張された波長スペクトル範囲を有する広帯域のものとすることが可能である。代替的に、該入力光は、２ｎｍ内の制限されたスペクトル範囲を有する狭帯域のものとすることが可能である。狭帯域の光の使用は、広帯域の周囲ノイズ光をフィルタすることを可能とする。狭帯域の光の使用は、又、Ｘ軸受光アレイ２０及びＹ軸受光アレイ２２の応答プロフィルに対して光の波長の実質的にマッチングさせることを可能とする。更に別の実施例においては、均一で単一の波長の光を使用することが可能である。例えば、ワイヤレス又は遠隔データ転送通信において一般的に使用されている赤外即ちＩＲ光をこの適用例において使用することが可能である。
【００１６】
そのタイプに拘わらずに光源は、オン／オフサイクルを使用して連続的に又は周期的のいずれかで動作させることが可能である。オン／オフサイクルはパワーを節約し、供給源の光により発生される熱を最小とさせ、且つ時間的なフィルタ動作が検知におけるロック等のノイズを減少させることを可能とする。オフサイクル期間中に、Ｘ受光アレイ２０及びＹ受光アレイ２２は受動的即ち「暗」光（ノイズ）を測定する。この暗光測定は、次いで、オンサイクル期間中に検知される能動的光から減算される。従って、この減算は周囲光により発生されるＤＣバックグラウンドをフィルタ除去する。各オフサイクル期間中に、受動的光をキャリブレーションすることも可能であり、システムを変化する周囲光パターンに対して調節することを可能とする。
【００１７】
更に別の実施例においては、Ｘ軸及びＹ軸光源１６及び１８を間欠的にオン及びオフサイクル動作させることが可能である。交互のサイクル期間中に、Ｘ軸光源１６がオンである場合に、Ｙ軸光源１８はオフであり、その逆も真である。この構成は、一度に１つの光源のみがオンであるのでより少ないピークパワーを必要とし、尚且つ各Ｘ及びＹオン／オフサイクルの夫々の期間中に減算フィルタ動作が発生することを可能とする。
【００１８】
電力消費を減少するために、Ｘ軸及びＹ軸光源１６及び１８に対して「スリープ」モードを使用することも可能である。所定時間期間にわたりデータ入力がなされない場合には、Ｘ軸及びＹ軸光源１６及び１８の強度を減少させることが可能である。影の中断がサンプルされるレートも、例えば、毎秒約５回等の低いレートにおいて行なわれる。影中断が検知される場合には、Ｘ軸及びＹ軸光源１６及び１８の強度及びサンプリングレートは全て通常の動作モードへ増加される。所定の時間期間の後に影中断が検知されない場合には、Ｘ軸及びＹ軸光源１６及び１８は再度減光され且つサンプリングレートが減少される。
【００１９】
Ｘ軸及びＹ軸アレイ２０及び２２は、各々、基板導波路アレイ及び感光要素を包含している。該感光要素は、光信号を受取った光の強度を表わす電気信号へ変換させる形態とされている。特に、各基板は複数個の導波路を有している。各導波路は薄層１２に近接した自由空間端部及び感光要素に近接した出力端端部を有している。該感光要素は、夫々、導波路の出力端部に固着されているか又は隣接して位置決めされているかのいずれかである。導波路の使用及び製造の詳細な説明については、本願の発明者であるＤａｖｉｄ  Ｇｒａｈａｍ  ｅｔ  ａｌ．による米国特許第５，９１４，７０９号を参照すると良い。該感光要素は、多数の良く知られた方法、例えば、電荷結合素子（ＣＣＤ）又はＣＭＯＳ／フォトダイオードアレイを使用して実現することが可能である。いずれのタイプのイメージング要素も、応用特定集積回路、プログラマブル回路、又は感光区域又は部品を包含しているいずれかのその他のタイプの集積化したか又はディスクリートの回路等の専用の集積回路上を含む多くの形態で実現することが可能である。再度、本発明と共に使用することが可能な種々のタイプの感光要素に関する付加的な詳細については上述した特許において説明されている。使用される感光要素のタイプに拘わらず、Ｘ及びＹ座標に沿っての受光強度を表わす出力電気信号はプロセッサ２４へ供給される。プロセッサ２４は該電気信号に基づいて、入力動作期間中に薄層１２における中断により発生された該薄層におけるシャドウ即ち影の位置を決定する。
【００２０】
図２を参照すると、本発明に基づくスタイラスの斜視図が示されている。スタイラス３０は２つの部分、即ち長尺状のハンドル３２及び該スタイラスの書込端部に位置されている変形可能な先端部３４を包含している。使用期間中に、オペレータはハンドル３２を使用してスタイラス３０を保持又は把持する。次いで、スタイラス３０の変形可能な先端部３４がデータ入力装置１０のタッチスクリーン１４と接触される。先端部３４がタッチスクリーン１４の表面と接触すると、それは圧縮により変形する。ユーザがスタイラス３０に付与する下方への圧力が大きければ大きい程、変形可能な先端部３４の圧縮は一層広い。光学的位置検知装置２０のＸ受取アレイ２２及びＹ受取アレイ２４が中断のＸ及びＹ座標を検知するのみならず、その中断の幅も検知する。検知した幅に基づいて、プロセッサ２６はディスプレイ１４上に描画されるべき線の適切な厚さを推定することが可能である。大量の圧力が付与される場合には、先端部３４は圧縮し且つ厚く太い線がタッチスクリーン１４上に形成される。殆ど圧力が付与されない場合には、圧縮の量は最小であり、その結果タッチスクリーン１４上には薄く細い線が形成される。１実施例においては、該変形可能な先端部は実質的に円形形状であり且つ約１ｍｍの半径を有しており、且つ光の薄層１２又は厚さは約０．６ｍｍの高さである。注意すべきことであるが、これらの寸法は単に例示的なものであり何等本発明を制限するものとして解釈されるべきではない。
【００２１】
図３は書込動作期間中におけるスタイラスの一連の拡大断面図である。この図はタッチスクリーンディスプレイ１４の表面にわたり薄層１２を示している。この図は、又、一連の逐次的な「タイムショット」（ａ）乃至（ｅ）において、書込動作期間中におけるスタイラス３０の位置を示している。最初は、文字（ａ）により示されるように、スタイラス３０はタッチスクリーンディスプレイ１４の表面に隣接する薄層１２の上方にある。先端部３４は、この点において、通常の圧縮されていない状態にある。文字（ｂ）及び（ｃ）に示される時間において、スタイラスの先端部３４はタッチスクリーン１４の表面上方の薄層１２により画定される面を破っている。先端部３４はその非圧縮状態のままである。文字（ｄ）により示される時間において、スタイラス３０の先端部３４は丁度タッチスクリーン１４の表面と接触している。書込力はこの時刻においては未だに付与されていないので、先端部３４は未だに圧縮していない。最後に、文字（ｅ）により示される時間において例示されるように、大きな量の書込力がスタイラス３０へ付与されている。この付加的な力は先端部３４をして著しく圧縮させる。この場合に、プロセッサ２６はかなりの量の書込圧力がスタイラス３０上に付与され、従ってタッチスクリーン１４上に厚く太い線を形成することを推定する。
【００２２】
大きいか又は小さい量の書込力が付与されるか否かに拘わらずに、プロセッサ２６はスクリーン上にスタイラス３０の移動を再形成即ちトレースする。例えば、ユーザが単語「ｄｏｇ」を書く場合には、文字「ｄ」、「ｏ」、「ｇ」がタッチスクリーンディスプレイ１４上に表われる。これらの文字の厚さ即ち太さはスタイラス３０の先端部３４が圧縮する量により決定される。Ｘ受取アレイ２２及びＹ受取アレイ２４により測定されるように幅広の中断が検知される場合には、プロセッサ２６は、厚く太い線が形成されるべきであることを推定する。その中断が比較的幅狭である場合には、薄く細い線が形成される。
【００２３】
本発明の種々の実施例において、スタイラス３０及び先端部３４の寸法は異なる場合がある。例えば、スタイラス３０の全体的な寸法はペン又は鉛筆等の標準の書込用の道具に似たものである場合がある。スタイラス３０の先端部３４はこれらに制限されるものではないが、ゴム、弾性ポリマー等の任意の適宜な圧縮可能な物質から構成することが可能である。
【００２４】
図４ａ−４ｄを参照すると、図３ａ−３ｅに夫々対応するタッチスクリーンディスプレイにより測定された幅のプロフィルが示されている。これらのプロフィルは光学的位置検知装置２０のＸ受取アレイ２２及びＹ受取アレイ２４により測定されたものである。図４ａにおいて、スタイラス先端部３４は薄層１２により画定する面を未だに破っていないのでプロフィルは検知されていない。図４ｂ及び４ｃにおいては、スタイラス３４が丁度薄層１２を破ったところである。先端部３４の最先端が丁度薄層１２に入ったものであるから、そのプロフィルは比較的小さい。図３ｄにおいて、スタイラス３０の先端部３４はタッチスクリーン１４と丁度接触したところである。先端部３４は未だに圧縮していないので、そのプロフィルは４ａ−４ｃと同じである。図４ｅにおいて、スタイラス先端部３４の圧縮によってそのプロフィルは一層大きい。
【００２５】
図５を参照すると、本発明のインキング機能を実現する場合のプロセッサ３４の動作シーケンスを例示したフローチャートが示されている。フローチャート４０において、プロセッサ２６は、最初に、中断（即ち、スタイラス３０が薄層１２により画定されている面を破ったこと）が発生したか否かを決定する（決定菱形４０）。否定である場合には、流れは菱形４０へ戻り、且つプロセッサ２６は再度中断が発生したか否かをチェックする。この中断を検知するためのシーケンスは周期的に繰返される。典型的に、そのサンプルレートは、スタイラス３０が薄層１２により画定されている面を破る時間とスクリーン１４上での表示の出現との間に何等知覚されるような遅延が存在しないように充分なものである。中断が発生すると、プロセッサ２６はその中断の幅を計算する（ボックス４２）。次いで、プロセッサ２６は先端部３４の計算した幅と釣り合った線幅及び太さを有するスタイラス３０の動きを追跡する表示をタッチスクリーン上に発生する（ボックス４４）。次いで、流れは決定菱形４０へ戻る。中断が検知される限り、プロセッサ２６はボックス４２及び４０に記載されるシーケンスを実施する。このことは、プロセッサ２６がタッチスクリーン１４にわたってのスタイラスの動きを追跡する連続的な表示を形成させることとなる。最早中断が検知されない場合には、ユーザがタッチスクリーンディスプレイ１４からスタイラス３０を離したことを意味し、プロセッサ２６は、再度、次の中断に対して周期的にサンプルすることを開始する。別の中断が検知されると、前述したプロセスが繰返される。
【００２６】
図６を参照すると、本発明の別の実施例に基づく別のタッチスクリーンディスプレイ装置が示されている。データ入力装置５０はタッチスクリーン１４に隣接した自由空間内に光の格子５２を画定する。この光の格子５２は、夫々、Ｘ及びＹ入力光源１６及び１８により形成される。この光の格子５２へ光学的に結合されている光学的位置検知装置２０が、該入力装置へデータがエンターされる場合に発生される光の格子５２における中断の位置を決定することにより該入力装置へのデータ入力を検知するために設けられている。この光学的位置検知装置２０はＸ受取アレイ２２と、Ｙ受取アレイ２４と、プロセッサ２６とを包含している。動作期間中に、ユーザはスタイラス３０等の入力装置を使用してスクリーン１４をタッチすることにより装置１０へのデータエントリを行なう。スタイラス３０でのスクリーンをタッチする動作期間中に、該スクリーンに隣接する自由空間における光の格子５２がインタラプト即ち中断される。光学的位置検知装置２０のＸ受取アレイ２２及びＹ受取アレイ２４がその中断のＸ及びＹ座標を検知する。該座標に基づいて、プロセッサ２６は装置１０へのデータエントリを決定する。光の格子１２を発生することが可能なＸ及びＹ入力光源１６及び１８に関しての更なる情報は、例えば米国特許第５，９１４，７０９号において記載されている導波路を参照すると良い。図５に例示されているような格子型ディスプレイでのインキング動作は上述した薄層型ディスプレイの場合と基本的に同じである。プロセッサ２６は、中断（即ち、スタイラス３０）が光の格子により画定されている面を破ったか否かを最初に決定する。中断が発生すると、プロセッサ２６は、Ｘ受取アレイ２２及びＹ受取アレイ２４により検知されるように破られた格子５２の線の数を決定する。破られた格子の線の数に基づいて、プロセッサ２６はその中断の幅を計算し、次いでその計算された幅と釣り合う線幅及び太さで表示を発生する。このシーケンスはその中断の期間中継続する。その結果、プロセッサ２６はタッチスクリーン１４にわたってのスタイラスの動きを追跡する連続的な表示を形成する。中断が最早検知されない場合は、ユーザがタッチスクリーン１４からスタイラス３０を離したことを意味しプロセッサ２６は最早表示を発生することはない。前述したプロセスは次の中断が発生する場合に繰返される。
【００２７】
図７を参照すると、本発明に基づいてタッチスクリーン１４と接触するスタイラス３０の降下速度を計算するシーケンスを例示したフローチャート６０が示されている。プロセッサ２６は、最初に、中断（即ち、スタイラス３０が薄層１２又は格子５２により画定される面を破る時）が発生したか否かを決定する（決定菱形６２）。否定である場合には、流れは菱形６２へ戻り、且つプロセッサ２６は再度中断が発生しか否かを判別するためのチェックを行う。この中断を決定するためのシーケンスは周期的に繰返される。中断が発生すると、プロセッサ２６は時間変数の値をＴ＝０へ設定する（ボックス６４）。次いで、プロセッサ２６は既知の固定された時間間隔Ｔにおいて先端部３４の幅が圧縮したか否かをチェックする（菱形６６）。否定である場合には、Ｔの値がインクリメントされる（Ｔ＝Ｔ＋１）。このサイクルは、プロセッサ２６により決定されるようにスタイラスの先端部３４がタッチスクリーン１４と接触して圧縮するまで、各ループ毎にＴを値をインクリメントさせて継続する。従って、Ｔの最終的な値はスタイラス３０が光の薄層又は格子を破る時間とタッチスクリーン１４との接触との期間を表わす。該先端部の圧縮が検知される。プロセッサ２６は降下速度を計算する（ボックス６８）。特に、プロセッサ２６はスタイラス３０により移動された距離（即ち、光の薄層１２又は格子５２の既知の厚さ又は高さ）をＴの現在の値で割算することによりその速度を計算する。この降下速度及びスタイラス３０によりタッチスクリーン１４上に付与された圧力の量を検知することの能力は、該スタイラスを、例えば、高速のクリック動作、低速のクリック動作、低速の重たいクリック動作又は高速の軽いクリック動作等のより複雑な入力装置として使用することを可能とする。これらの特徴は手書き認識の場合に有用である。例えば、ドローイング、文字認識、オブジェクト操作は、全て、自然な運動、圧力及び降下速度の向上された検知から利点が得られる。
【００２８】
スタイラス３０上に付与される圧力の量を検知することの能力は、多数の特徴及び利点の可能性を与える。前述したように、スタイラス３０上に付与される圧力の量を検知することの能力は、特に、インキング機能を実施する場合に有用である。圧力変化することの能力は、例えば、スクリプト文字又は漢字キャラクタを有する文字認識の場合に非常に有用である。圧力検知動作は、スタイラス３０でのユーザのモータ制御を増加するために使用することが可能である。スタイラス３０の変形可能な先端部３４により発生されるフィードバック圧力は、スクリーン上のオブジェクトがスクリーン上で選択されるか又は移動される前に、ユーザが「粘着係数」を相関させるか又は感じることを可能とする。圧力を検知する能力は、又、スタイラス３０がマウスのような入力機能を有することを可能とする。異なる圧力応答は異なる意味を有することが可能である。例えば、第一圧力スレッシュホールドより低い入力は偶発的なものとして無視することが可能である。然しながら、第一、第二、第三スレッシュホールドより高い入力は、各々、夫々異なる意味を有することが可能である。ディスプレイ上のアイコンの位置において第一スレッシュホールドより高い圧力におけるスタイラス３０のアサーション即ち活性化は、そのアイコンの「ポップアップ」記述に対する入力要求であるとして解釈することが可能である。第二圧力スレッシュホールドより高いスタイラス３０のアサーション即ち活性化は、単一の「マウスクリック」入力として解釈することが可能である。最後に、第三スレッシュホールドを超えるスタイラス３０のアサーション即ち活性化は、「ダブルクリック」マウス入力として解釈することが可能である。注意すべきことであるが、各圧力スレッシュホールドの上述した意味は例示的なものであり何等本発明を制限するものとして解釈されるべきものではない。
【００２９】
降下速度及び圧力は、又、意図的ではないクリック又は削除又はその他の偶発的なデータエントリを回避するために使用することが可能である。例えば、スタイラスがある降下速度、角度、又は圧力の範囲内においてタッチスクリーン１４と接触する場合にデータエントリを可能とするようにシステムを構成することが可能である。その他の接触は偶発的なものと考えられ、従って、データ入力として登録されることはない。この特徴は偶発的なデータエントリが日常的に発生するパーソナルデジタルアシスタント又は携帯電話等の小型のハンドヘルド装置の場合に特に有用である。
【００３０】
図８ａ−８ｅを参照すると、降下角度を例示した一連の中断の影を示している。これらの中断の影は光学的位置検知装置２０のＸ受取アレイ２２及びＹ受取アレイ２４により測定されたものである。図８ａにおいて、スタイラス３０はスクリーン１４に対して垂直に置かれている。その結果得られる中断はスタイラス３０の直径と同じである。図８ｂ及び８ｃは水平（Ｘ軸）及び垂直（Ｙ軸）の夫々に沿って傾斜した影の中断を示している。図８ｂは書込動作期間中に右効きの人がスタイラスを保持した場合の典型的な影の中断を示している。図８ｅは書込動作期間中に左効きの人がスタイラスを保持した場合の典型的な影の中断を示している。スタイラスをいずれかの方向に傾斜して保持する場合には長楕円形の影の中断が発生する。ユーザがスクリーン１４上のオブジェクトを回転させるか又はその他の態様で操作することを可能とするために角度又は配向検知を使用することが可能である。
【００３１】
前述した光をベースとしたデータエントリシステムは、種々の形態のデータタッチエントリを一意的に検知し且つ区別するために使用することが可能である。例えば、中断の寸法によってデータ入力装置（即ち、ペン、スタイラス、指、ブラシ又は消去）を区別することが可能である。それは、又、ペン又はスタイラス又は指の変形可能な先端部等の柔軟なオブジェクトの歪みから力の測定値を推量するために使用することが可能である。それは、種々の書込スタイルを学習し、次いで、自動的に応答すべくキャリブレーションすることが可能である。それは、又、入力スクリーン上に付与された圧力を実際に測定することなしにデータ入力装置へ付与された圧力を検知するために使用することが可能である。むしろ、圧力入力は変形の寸法により測定される。従って、指、フェルト先端部のペン等の柔軟な書込用の道具は殆ど表面摩擦無しでクリック動作及び／又はスライディング（例えば、スクリプトの書込）を実施するために使用することが可能である。対照的に、膜型入力システムは、典型的に、必要な圧力を形成するためにシャープな先端部の道具を必要とする。従って、本発明は一層多様性がある。最後に、１実施例においては、光の薄層１２は、スクリーン１４に隣接して約０．５乃至１ｍｍである。従って、１ｍｍ以上の入力道具の場合には、タッチスクリーン１４と接触する前に影の中断が検知される。
【００３２】
本発明の種々の実施例において、プロセッサ２６は、マイクロプロセッサ又はマイクロコントローラ、プログラム可能な論理装置、応用特定集積回路、又はそれらの任意の組合わせのいずれかを使用してハードウエアかソフトウエアかのいずれかで実現することが可能である。従って、本明細書に記載したインキング機能及び降下速度機能は、プロセッサ２６をインプリメントするために使用される設計に依存して、ハードウエアかソフトウエアか、又はそれらの組合わせのいずれかで実現することが可能である。
【００３３】
前述した発明は理解を明確にする目的のために幾分詳細に説明しているが、特許請求の範囲内においてある変更又は修正を行うことが可能であることは明らかである。従って、ここに説明した実施例は例示的なものとして取られるべきであって制限的なものではなく、且つ本発明はここに与えた詳細に制限されるべきものではなく特許請求の範囲及びその均等物により定義されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の１実施例に基づくタッチスクリーンディスプレイ装置の概略図。
【図２】本発明に基づくスタイラス又はペンの概略斜視図。
【図３】（ａ）乃至（ｄ）は動作期間中に使用されるスタイラス又はペンの各拡大図。
【図４】（ａ）乃至（ｄ）は図３ａ−ｄに夫々対応するタッチスクリーンディスプレイにより測定された各幅プロフィル。
【図５】本発明のインキング機能を実現するための動作シーケンスを例示したフローチャート。
【図６】本発明の別の実施例に基づく別のタッチスクリーンディスプレイ装置の該略図。
【図７】本発明に基づくタッチスクリーンディスプレイと接触するスタイラスの降下速度に対する計算を例示したフローチャート。
【図８】（ａ）乃至（ｅ）は本発明に基づいて入力スタイラスを使用して種々の降下角度を例示した一連の中断影の各概略図。
【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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【国際調査報告】
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