(57)【要約】  光学式タッチパッドとしても機能することができる光学ディスプレイが提供される。光が移動して、表示領域に到達するための複数の経路をもたらすために、基板が光導波路として使用され、光を複数の経路のうち１つを通って表示領域に伝達するように選択することによって、表示領域内に一意の画像が選択的に可視化され、また光センサも表示領域に関係付けられ、それによって、少なくとも１つの表示領域に接触している物体の検出が可能になる。【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学式タッチパッドとしても使用することができる光学ディスプレイを含むインターフェース装置であって、
光を複数の異なる光路に沿って向けるための光導波路と、
前記光導波路の表面内に配設された少なくとも１つの表面特徴であって、光が前記光導波路に入ってそこから逃げるのを可能にする表面特徴と、
前記少なくとも１つの表面特徴に入ってそこから出る光を屈曲させるための、前記光導波路の前記表面に対して配設された光屈曲層と、
光が前記光導波路内に注入されるのを可能にする複数の光挿入点と、
前記複数の光挿入点ごとに１つある複数の光源と、
前記複数の光挿入点のそれぞれのところに１つ配設された複数の光センサと
から構成される、インターフェース装置。
【請求項２】
前記インターフェース装置が、前記光屈曲層を覆って配設された保護層をさらに備え、前記保護層が、前記少なくとも１つの表面特徴に入る、またはそこから出る光の方向に最小限に影響を及ぼす、請求項１に記載のインターフェース装置。
【請求項３】
前記少なくとも１つの表面特徴が、シンボルの少なくとも一部分を形成する複数の表面特徴からさらに構成される、請求項２に記載のインターフェース装置。
【請求項４】
前記複数の表面特徴が回折パターンからさらに構成される、請求項３に記載のインターフェース装置。
【請求項５】
前記光屈曲層が、前記光導波路からの光をその表面から外に概して垂直に向ける低屈折率材料からさらに構成される、請求項２に記載のインターフェース装置。
【請求項６】
前記低屈折率材料がエーロゲルからさらに構成される、請求項５に記載のインターフェース装置。
【請求項７】
前記複数の光源が、複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）からさらに構成される、請求項２に記載のインターフェース装置。
【請求項８】
前記複数の光センサが、前記少なくとも１つの表面特徴から前記光導波路を通って、光挿入点のところの前記複数の光センサのうち少なくとも１つに送出される光の強度の変化を検出する光センサからさらに構成される、請求項２に記載のインターフェース装置。
【請求項９】
インターフェースが、少なくとも１つのホログラフィ画像からさらに構成され、前記ホログラフィ画像が、前記少なくとも１つの表面特徴のところからの光が前記ホログラフィ画像を特定の方向から照射するときに可視化される、請求項２に記載のインターフェース装置。
【請求項１０】
インターフェースが、前記インターフェース装置が第１のディスプレイの表示と第２のディスプレイの表示との間で切り替わるのを可能にするスイッチからさらに構成される、請求項２に記載のインターフェース装置。
【請求項１１】
再構成可能な光学ディスプレイであって、
光を複数の異なる光路に沿って向けるための光導波路と、
前記光導波路の表面内に配設された少なくとも１つの表面特徴であって、光が前記光導波路に入ってそこから逃げるのを可能にする表面特徴と、
前記少なくとも１つの表面特徴に入ってそこから出る光を屈曲させるための、前記光導波路の前記表面に対して配設された光屈曲層と、
光が前記光導波路内に注入されるのを可能にする複数の光挿入点と、
前記複数の光挿入点ごとに１つある複数の光源と
から構成される、光学ディスプレイ。
【請求項１２】
前記光学ディスプレイが、前記光屈曲層を覆って配設された保護層からさらに構成され、前記保護層が、前記少なくとも１つの表面特徴に入る、またはそこから出る光の方向に最小限に影響を及ぼす、請求項１１に記載のインターフェース装置。
【請求項１３】
前記少なくとも１つの表面特徴が、シンボルの少なくとも一部分を形成する複数の表面特徴からさらに構成される、請求項１２に記載のインターフェース装置。
【請求項１４】
前記複数の表面特徴が、回折パターンからさらに構成される、請求項１３に記載のインターフェース装置。
【請求項１５】
前記光屈曲層が、前記光導波路からの光をその表面から外に概して垂直に向ける低屈折率材料からさらに構成される、請求項１２に記載のインターフェース装置。
【請求項１６】
前記低屈折率材料がエーロゲルからさらに構成される、請求項１５に記載のインターフェース装置。
【請求項１７】
前記複数の光源が、複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）からさらに構成される、請求項１２に記載のインターフェース装置。
【請求項１８】
インターフェースが、少なくとも１つのホログラフィ画像からさらに構成され、前記ホログラフィ画像が、前記少なくとも１つの表面特徴のところからの光が前記ホログラフィ画像を特定の方向から照射するときに可視化される、請求項１２に記載のインターフェース装置。
【請求項１９】
インターフェースが、前記インターフェース装置が第１のディスプレイの表示と第２のディスプレイの表示との間で切り替わるのを可能にするスイッチからさらに構成される、請求項１２に記載のインターフェース装置。
【請求項２０】
光学式タッチパッドであって、
光を複数の異なる光路に沿って向けるための光導波路と、
前記光導波路の表面内に配設された少なくとも１つの表面特徴であって、光が前記光導波路に入ってそこから逃げるのを可能にする表面特徴と、
前記少なくとも１つの表面特徴に入ってそこから出る光を屈曲させるための、前記光導波路の前記表面に対して配設された光屈曲層と、
前記光導波路内の特定の経路に沿って移動する光がそこから出るのを可能にする、複数の光検出点と、
複数の光挿入点のそれぞれのところに１つ配設された複数の光センサと
から構成される、光学式タッチパッド。
【請求項２１】
インターフェース装置が、前記光屈曲層を覆って配設された保護層をさらに備え、前記保護層が、前記少なくとも１つの表面特徴に入る光の方向に最小限に影響を及ぼす、請求項２０に記載のインターフェース装置。
【請求項２２】
前記光屈曲層が、その表面からの光を前記少なくとも１つの表面特徴に向ける低屈折率材料からさらに構成される、請求項２１に記載のインターフェース装置。
【請求項２３】
前記低屈折率材料がエーロゲルからさらに構成される、請求項２２に記載のインターフェース装置。
【請求項２４】
前記複数の光センサが、前記少なくとも１つの表面特徴から前記光導波路を通って、前記複数の光検出点のうち少なくとも１つのところの、前記複数の光センサのうち少なくとも１つに送出される光の強度の変化を検出する光センサからさらに構成される、請求項２１に記載のインターフェース装置。
【請求項２５】
シンボルを表示し、光学ディスプレイおよび光学式タッチパッドとして機能するインターフェース装置からの接触入力を受け取る方法であって、
（１）光を複数の異なる光路に沿って向けるための光導波路と、前記光導波路の表面内に配設される少なくとも１つの表面特徴であって、光が前記光導波路に入ってそこから逃げるのを可能にする表面特徴と、前記少なくとも１つの表面特徴に入ってそこから出る光を屈曲させるための、前記光導波路の前記表面に対して配設される光屈曲層と、光が前記光導波路内に注入されるのを可能にする複数の光挿入点と、前記複数の光挿入点ごとに１つある複数の光源と、前記複数の光挿入点のそれぞれのところに１つ配設される複数の光センサとを設けるステップと、
（２）信号を少なくとも１つのＬＥＤに送出して、光を選択された光路に沿って少なくとも１つの表面特徴に伝達することによって、光学ディスプレイモードで動作するステップであって、前記光が、前記少なくとも１つの表面特徴から出て、前記光屈曲層によって外に前記光屈曲層の表面に垂直に移動するように屈曲されるステップと
を含む方法。
【請求項２６】
前記方法が、光を前記複数の光センサのところで検出することによって光学式タッチパッドモードで動作するステップであって、前記光が、前記光屈曲層に入り、前記少なくとも１つの表面特徴を通過し、特定の経路に沿って前記光導波路を通って、前記複数の光挿入点のうち少なくとも１つのところに配設された前記複数の光センサのうち少なくとも１つに移動するステップからさらに構成される、請求項２５に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本明細書は、シリアル番号６０／６８０２０５を有する、２００５年５月１２日出願の仮特許出願整理番号３２４６．ＣＩＲＱ．ＰＲの優先権を主張し、それに含まれるあらゆる主題を参照により組み込むものである。
【０００２】
本発明は一般に、入力装置およびディスプレイ装置に関する。より詳細には、本発明は、光が異なる方向から基板内に注入され、表示される画像が、光が注入されてくる方向に依存する、光学式の入力およびディスプレイ装置である。したがって、光を選択された経路および関連する照射角度に沿って表示位置に向けさせることによって、その表示位置において所望の画像が見える。光センサを基板内に配設し、それによって表示位置に指または他の物体が存在することを検出することもできる。
【背景技術】
【０００３】
ディスプレイ装置と入力装置を統合し、それによって対話が可能になるようにできることが望ましい。例えば、携帯情報端末（ＰＤＡ）上にある接触画面が、こうした技術同士の統合を利用するユビキタスポータブル電子機器の一般的な例である。典型的なＰＤＡは、ＬＣＤディスプレイを覆って配設された比較的透明な接触感知画面を利用する。接触感知技術により、ＬＣＤディスプレイの接触感知面に圧力が加えられている位置が決定される。次いで、接触感知画面が接触されている位置が、ＬＣＤディスプレイ内に示されている画像に関連付けられる。次いで、ＰＤＡによって適当な応答がアクティブにされる。
【０００４】
例えば、ＬＣＤディスプレイがキーボードを示している。利用者が特定の文字の上方の画面に接触すると、ＰＤＡはその文字が、ＬＣＤディスプレイのタイプ入力領域に入力されるようにさせることができる。
【０００５】
接触感知ディスプレイは、圧力感知技術に限定されず、静電容量感知センサなどの技術を含むこともできる。静電容量感知電極グリッドをＬＣＤディスプレイの上面上に配設するために、さまざまな技法が現在開発されている。電極グリッドは、電極が利用者には基本的に透き通って見え、したがってＬＣＤディスプレイ上に示されているどんな画像も見ることを妨げないように製作されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
光学ディスプレイと光学式タッチパッドがどちらも、光を所望の方向に屈曲させるためにエーロゲルを使用し、光学ディスプレイが、光をさまざまな方向から表示領域に単に送ることによって、同じ表示領域内に複数の異なる画像を示すことができ、また光センサが、表示領域上に物体が存在することを検出するために同じ光路を使用する、統合された光学ディスプレイと光学式タッチパッドを使用する対話型ディスプレイシステムの提供は、接触感知ＬＣＤ画面などの対話型ディスプレイの最新技術からの飛躍となる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
光学式タッチパッドを提供することが、本発明の一態様である。
光学ディスプレイを提供することが、本発明の別の態様である。
光学式タッチパッドと光学ディスプレイを単一の装置に統合することが、別の態様である。
【０００８】
基板内に注入された光を利用して、光が表示領域に送出される角度に応じて、表示領域内に一意の文字を生成する光学ディスプレイを提供することが、別の態様である。
特定の表示領域での光の変化を検出し、それによって特定の表示領域に物体が存在することを決定することができる光センサを設けることが、別の態様である。
【０００９】
本発明は、光が移動して、表示領域に到達するための複数の経路をもたらすために、基板が光導波路として使用され、光を複数の経路のうち１つを通って表示領域に伝達するように選択することによって、表示領域内に一意の画像が選択的に可視化され、また光センサも表示領域に関連付けられ、それによって、少なくとも１つの表示領域に接触している物体の検出が可能になる、光学式タッチパッドとしても機能することができる光学ディスプレイを対象とする。
【００１０】
本発明のこれらおよび他の目的、特徴、利点、および代替態様は、以下の詳細な説明を、添付の図面と併せ検討することから、当業者には明らかとなるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
ここで、本発明のさまざまな要素に数字による名称が与えられ、また当業者が本発明を製作し、使用するのを可能にするように本発明が論じられる図面が参照される。以下の説明は、本発明の原理の例に他ならず、添付の特許請求の範囲を狭めていると見なされるべきではないことを理解されたい。
【００１２】
本発明は、光学式タッチパッドと光学ディスプレイを統合させる。機能のこうした統合は、接触感知面を有するどんなＬＣＤディスプレイでも利用可能であるが、そのディスプレイと接触感知システムは完全に別個の装置である。それとは対照的に、本発明では、同じハードウェアを基本的に使用する。
【００１３】
光学ディスプレイの設計から開始すると、図１が、層を断側面図の形で示すために提供される。この第１の実施形態は、光導波路層１０、低屈折率層１２、および保護層１４を示す。
【００１４】
光導波路１０は、光導波路として機能する任意の基板材料である。光導波路は、光が実質的に経路の境界内で移動するのを可能にする、光の任意の経路である。透明基板１０は、例えば、Ｍｙｌａｒ（商標）、Ｌｅｘａｎ（商標）、ポリカーボネート、または基板材料が光導波路として機能するのを可能にする任意の材料から構成することができる。光導波路の第２の側面は、光導波路が、高屈折率を有する材料から構成されるべきであることである。しかし、他の非プラスチック材料が、光導波路として適していると分かる可能性もあり、それを本発明の実施形態の範囲内にあると見なすべきである。
【００１５】
光が光導波路を通過するとき、できるだけ多くの光を、所望の経路に沿って向けることが望ましい。外へ向けられて観察者の目に至る光が多いほど、光学ディスプレイが明るくなる。光導波路１０が高屈折率を有する場合、屈折の臨界角を利用することによって、光を光導波路内に維持することが可能である。光が、屈折率が高い方の材料から屈折率が低い方の材料に進んでいるとき、光が屈折率の低い方の材料内に入らない角度がある。光は、この臨界角のとき、２つの材料間の表面で反射される。光は、臨界角よりも大きなあらゆる角度でも、２つの材料の境界面で丁度鏡のように反射される。
【００１６】
図１に示す第１の実施形態では、低屈折率層１２が、光を光導波路１０内に維持するという第１の目的を果たす。光は、臨界角よりも大きな任意の角度で境界面１６に到達すると、光導波路１０内に反射し戻される。
【００１７】
低屈折率層１２は、図２に示されるように、別の目的も果たす。図２は、光学ディスプレイの重要な側面を示すために提供される。具体的には、光導波路１０内に製作された回折パターンが、光が光導波路から所望の位置に逃げるのを可能にする。回折パターンは、境界面１６に製作することができる、光が逃げるのを可能にする任意の表面特徴２０である。しかし、次いで、光を観察者に向けることが必要である。これが、低屈折率層１２の第２の機能である。
【００１８】
第１の実施形態では、光が逃げるのを可能にする、可能な１つの表面特徴２０が、図２に、回折パターンの一部分をクローズアップした図の形で示される。図２は、図１に円Ａで示される表面特徴２０のクローズアップである。
【００１９】
表面特徴２０は、光導波路１０の表面内のくぼみである。表面特徴２０は、光導波路１０の表面に対して傾斜した側面２２および垂直な側面２４を有する、のこぎり歯の形状であることに留意されたい。点線２６（以後「法線」と呼ばれる）が、傾斜した側面２２と直角をなすものとして示されている。
【００２０】
光が、光の少なくとも一部分が経路２８に沿って傾斜した縁部に衝突するのを可能にする経路に沿って表面特徴２０に送出される。光は、高屈折率材料（光導波路１０）から低屈折率材料（低屈折率層１２）へ移動しているとき、速度が増大し、法線２６から離れて屈曲する。低屈折率層１２内に入った後の光の可能な経路が、経路３０として示されている。スネルの法則を使用して、光のビームが屈曲する角度を、当初の角度、ならびに光導波路１０および低屈折率層１２の屈折率に関連して決定することができる。
【００２１】
理想的には、低屈折率層１２は、できるだけ１に近い屈折率を有すべきである。真空中の光は、１．００という屈折率を有する。空気は、ほぼ１．００という屈折の屈折率を有する。したがって、低屈折率層１２は、空隙として機能するように努めることになる。しかし、保護層１４と光導波路１０の間の隙間は、光導波路と保護層の間に固体材料が必要なので、空気ではあり得ない。したがって、隙間を、可能な最も低い屈折率を有する固体で埋めなければならず、そうでなければ、表面特徴２０から去る光が、観察者に向けられないことになる。
【００２２】
保護層１４は、たいがいガラスなどの材料である。ガラスは、光導波路１０の屈折率に非常に近い屈折率を有し、そのため、光が経路３０に沿って向けられることが可能にならない。したがって、光導波路１０と保護層１４の間の低屈折率層が、光が経路３０に沿って向けられるように光を屈曲させる。実際に、光は、光導波路１０の長さに概して垂直な経路に沿って向けられ、光学ディスプレイの観察者に向けられている。光は、経路３０に沿って移動するので、保護層１４に垂直に入ってそこから垂直に出ていることに留意されたい。したがって、保護層１４は、光の経路３０を変化させない。
【００２３】
低屈折率層１２に極めて低い屈折率をもたらすことができる１つの固体が、エーロゲルとして知られている。エーロゲルは、必要とされる特性に応じて、多くの異なる構成で開発されてきた。エーロゲルは、存在の確認されている最も軽く最も密度が低い固体であり、９０〜９９．８％の空気から構成され、典型的な密度は３〜１５０ｍｇ／ｃｍ３であるが、理論的には、その重量の５００〜４０００倍の加えられた力に耐えることができる。エーロゲルは、１グラム当たり２５０〜３０００平方メートルの範囲の表面積を有することができ、１６．３８７０６４立方ｃｍ（１立方インチ）の平坦にされたエーロゲルが、フットボール競技場全体よりも大きな表面積を有することを意味する。
【００２４】
エーロゲルは、驚異的な熱絶縁体である。というのも、エーロゲルは、熱伝達の３つの方法（対流、伝導、または放射）をほとんど無効にするためである。エーロゲルは、空気が格子全体にわたって循環することができないので、良好な対流抑制物である。シリカが熱の不導体であるため、シリカエーロゲルは良好な伝導絶縁体である。（一方、金属エーロゲルは、より優れた熱導体である。）炭素が熱を伝達する赤外放射を吸収するため、カーボンエーロゲルは良好な放射絶縁体である。最も絶縁性のあるエーロゲルは、炭素が加えられたシリカエーロゲルである。
【００２５】
本発明に特別重要な１つの特性は、エーロゲルが、他のどんな固体よりもずっと低い、一般に１．００〜１．０５の屈折率を有することである。しかし、光が光導波路１０を去る際に所望の経路に屈曲させることができる屈折率を有する他の任意の材料を、エーロゲルの代わりに用いることができることは、本発明の範囲内である。
【００２６】
層１０、１２、１４を、単なる加えられた圧力以上のもので、定位置に固定することが必要な場合があることに留意されよう。層１０、１２、１４を一緒に固定する任意の適切な手段を、その手段が、それらの層の機能へ最小限の支障を生ずる限り、使用することができる。例えば、適当な接着剤を、層１０と１２の間、層１２と１４の間、または層１０、１２および１４の間に挿入する必要のある場合がある。この接着剤は、境界面１６で生ずる光の屈曲、または低屈折率層１２と保護層１４の間の境界面での光の非屈曲に、最小限の支障を生ずるべきである。任意の接着剤は、できるだけ光の多くを通過させるべきでもあり、したがって接着剤の透明性が、明るい光学ディスプレイにとって重要である。
【００２７】
今や光導波路１０を通って移動している光を、その表面に垂直な方向に向けることが可能なので、本発明が、光学ディスプレイとして動作している際に、所望の情報をどのように表示することができるかについて説明することができる。
【００２８】
２つ以上のシンボルを、基本的に同じ位置に表示することができるためには、光導波路１０が、表面特徴２０に対してどのように機能するかについて、より良く理解することが必要である。
【００２９】
図３は、光導波路１０から外にまっすぐに持ち上げられれば現れるような単一の表面特徴２０の形状の斜視図であり、垂直な側面２４および傾斜した側面２２が示してある。
図４が、光導波路１０の表面３２の鳥瞰図として提供される。低屈折率層１２および保護物も、光導波路１０の上に配設されると仮定することができる。表面３２は、複数の表面特徴２０によって覆われる。表面特徴２０は、光が第１の方向３４からまたは第２の方向３６から光導波路２０を通って表面特徴に向けられるとき、正しく配向された表面特徴だけが、光を表面３２から外に向けるように配向される。傾斜した側面２２を見ることができない限り、表面特徴２０がどの方向に配向されているのかをこの鳥瞰図から判断するのは、不可能であることを理解されたい。とは言え、光導波路１０からの入射光に対して適切に配向されている表面特徴２０だけが、光を観察者に向けて屈曲させることができる。図４では、光が方向３６から表面特徴２０に向けられると、数字の「１」が照射される。
【００３０】
図５が、どの表面特徴が光導波路１０からの光に対して、光を観察者に向けて光学ディスプレイの上方に屈曲させることができるように適切に配向されたかを示すために提供される。光が方向３４から向けられると、異なる表面特徴２０が照射される。照射された表面特徴２０内に、幾らかのオーバーラップがあることに留意されたい。これは、表面特徴２０が、非常に小さく、オーバーラップするように見えることを示すためになされたものである。これは一例に他ならないことも理解されたい。表面特徴２０のサイズは、単に例示を目的として、大幅に誇張されている。実際の表面特徴２０は、肉眼に対して極めて小さいので、単に例示を目的としてより大きくしてある。
【００３１】
したがって、実際の表面特徴２０のサイズが小さいことから、なぜ複数の異なるシンボルを同じ位置のように見えるところに表示することができるかが明らかになる。これは、実際の表面特徴２０を、互いに非常に近くに配置することができるためである。表面特徴２０を、他のシンボルの表面特徴の中に点在させることもできる。表面特徴２０がこのようにごく近接するかつ／または点在することによって、シンボルが同じ位置にあるように見える。
【００３２】
同じ位置に異なるシンボルを表示することができる光学ディスプレイの例について考えられたい。この光学ディスプレイは、光が光導波路１０を通って移動している経路を単に変更することによって再構成可能であり、それによって異なる動作モードを生み出している。
【００３３】
第１の動作モードでは、光学ディスプレイが、携帯電話上に見られるキーパッドなどの数字キーパッドを示すことができる。したがって、このキーパッドは、＃シンボルや＊シンボルなどの他のキー、ならびにナビゲーションおよび選択用のキーを含む。そのようなキーパッドの一例が、図３に示されている。
【００３４】
図６では、携帯電話４０が、キーパッド４２およびＬＣＤディスプレイ４４を有して示されている。キーパッド４２は、図では、典型的な数字キー０〜９、＊、＃、ナビゲーションホイール、通話ボタン、通話切断ボタン、および所望の他のボタンを有している。理解すべきことは、キーパッド４２上に示されるあらゆるもの（ボタンの輪郭を描いている線でさえも）を、第１の実施形態の原理を使用して全て生成できることである。したがって、キーパッドの表面が、ガラスまたはプラスチックなどの透明な材料からなる、完全に平滑な途切れのない層になることができる。本発明は、光が表面特徴２０から逃げて光導波路２０および保護層１４に垂直に向けられるとき、表示されるものが、キーパッド４２を形成する、示される必要があるボタンの輪郭、ならびに任意の数字、文字、および語であるように配置された表面特徴２０に、光を向けるために使用される。
【００３５】
図７に示される第２の動作モードでは、完全に異なるレイアウトを、図６に示されるボタンと実質的に同じ位置に表示することができる。ＱＷＥＲＴＹキーボード５０のレイアウトについて考えられたい。個々の文字およびキーの輪郭は、図示されていないが、領域５０内に配設されている。
【００３６】
光学ディスプレイ６０の一部分が、図８に斜視図の形で示されている。本発明の第１の実施形態では、光を光導波路１０内に、複数の発光ダイオード６２（ＬＥＤ）を使用して伝達する。第１の実施形態では、各ＬＥＤ６２が光を伝達して、一意のシンボルを表示させる。２つ以上のＬＥＤ６２が、光を光導波路１０上の特定の表示領域６４に向けることができる。各ＬＥＤ６２からの光が異なる角度から到達するので、到達光に対して適切に配向された表面特徴だけが、光を観察者に向けて屈曲させる。
【００３７】
ＬＥＤ６２からの光が、光挿入点６６内に選択的に伝達される。光挿入点６６はそれぞれ、光導波路１０を通って複数の表示領域６４の１つに至る、光の一意の経路である。光挿入点６６の１つ内に伝達されるＬＥＤ６２からの光が、光導波路１０を通る一意の経路に沿って移動する。光は、臨界角によって光導波路１０内に反射し戻されるので、光導波路１０から逃げない。ＬＥＤ６２からの光が、複数の表示領域６４の１つに到達した後、光を表示領域６４から逃れさせる必要がある。
【００３８】
第１の実施形態では、光自体が保護層１４を介して見えた。しかし、第２の実施形態では、ホログラフィ画像を光で照射できることが想定される。ホログラフィ画像は、例えば、低屈折率層１２内または低屈折率層１２上、および保護層１４内または保護層１４上に配設することができる。
【００３９】
ホログラフィ画像は、特定の方向からの照射に依存することが知られている。したがって、低屈折率層１２によって向けられている光が必ずしも光導波路１０に直接垂直でないように修正できることも、本発明の態様である。換言すれば、光を、特定のホログラフィ画像を照射するようにある角度をなして向けることができる。
【００４０】
選択されたＬＥＤ６２を照射すると、表示領域６４が、異なる回折パターンで照射される。各回折パターンが一意にエンボスされている場合、単一の表示領域６４が、その表示領域のところで一意の回折パターン内に形成することができるのと同じだけ多くのシンボルを表示することができる。
【００４１】
複数のＬＥＤ６２を同時に照射して、光を同じ表示領域６４に向け、それによって、複数の回折パターンおよび／またはホログラフィ画像が、同時に照射され得ることが、別の実施形態である。
【００４２】
１つのＬＥＤ６２が、光を複数の表示領域６４に同時に向けることができることが、別の実施形態である。しかし、別の実施形態では、１つのＬＥＤ６２を、表示領域６４の一部分を照射するだけのために向けることができることが想定される。したがって、その実施形態では、光を単一の表示領域６４に向ける複数の異なるＬＥＤ６２が、その中のシンボルを完全に照射するように求められる場合がある。
【００４３】
上記の説明は、光学ディスプレイの製作に焦点を置いてきた。しかし、同じ光導波路１０、低屈折率層１２、および保護層１４を使用して、例えば利用者がその表面上のどこに指を置いているかを決定することができる光学式タッチパッドを製作することもできる。
【００４４】
図９において、図８に示された光学ディスプレイ６０の一部分について考えられたい。光学ディスプレイ６０は、光学式タッチパッドとして機能することもできる。ＬＥＤ６２はこの場合、各光挿入点６６のところに配設された光センサ６８で置き換えられる。光導波路１０が、光を選択された経路に沿って伝達する。この経路は、どんな周辺光が表示領域６４で受け取られていてもそれを、光挿入点６６に向ける。光センサ６８によって受け取られている光の量の変化が、周辺光を遮断している物体の存在を示す。
【００４５】
表示領域６４上の物体の検出は、ＬＥＤ６２からの光を特定の表示領域６４に向ける光挿入点６６のところに配置された、全ての光センサ６８によって検出される。したがって、この第３の実施形態では、任意の特定の表示領域６４に物体が存在することを確認することができる複数の光センサ６８が、ある必要はないが恐らくある。したがって、表示領域６４はそれぞれ、例えば光学ディスプレイ６０が光学式タッチパッドモードで機能しているときに、接触し、検出することができるボタンとして機能することができる。
【００４６】
この第３の実施形態では、光学ディスプレイモードおよび光学式タッチパッドモードが、同時に機能できることを理解することが重要である。それ自体に関連するＬＥＤ６２によって照射されていない、光挿入点６６から表示領域６４への少なくとも１つの光路がある限り、光センサ６８を使用して、指示物体の存在を検出することができる。
【００４７】
表示領域６４が、少なくとも１つのＬＥＤ６２によって照射されても、指などの指示物体によって接触されてもいるとき、光センサ６８によって受け取られている光の変化が、周辺光の減少ではなく、他の何らかの認識可能な変化となり得ることに留意されよう。したがって、光センサ６８によって検出可能な光のどんな変化も、指示物体の存在のシグネチャまたは指標と見なされるべきである。
【００４８】
本発明が光学ディスプレイおよび光学式タッチパッドとしてどのように機能するかについて理解した上で、本技術には多くの有用な適用例があり、そのうちほんの少しだけを述べることができる。それらの適用例は、オンザフライで完全に再構成することができるインターフェースを使用することができる、任意のシステムを含む。一般には、ボタンまたは制御部のレイアウトを、単一のボタンに触れて変更することができる。光学式タッチパッド上にある指または他の指示物体を検出するための回路が、常に定位置にあり、表示領域６４内にどのシンボルが表示されているかを即座に変更することができるＬＥＤ６２も同様である。
【００４９】
本発明で教示されたように、光学ディスプレイおよび光学式タッチパッド技術の多くの適用例がある。例えば、一実施形態では、ブレーキ灯や方向指示灯などの車両上にある信号灯を、本発明の光学ディスプレイで置き換えることができる。しかし、その実施形態は、光を大型の表示領域から外へ向けることができるだけでなく、特定の画像を表示することもできる。さらに、表示領域６４を照射するためにどのＬＥＤ６２が選択されるかに応じて、複数の異なる画像を同じ表示領域内に表示することもできる。
【００５０】
別の実施形態では、複数の入力インターフェースを必要とすることがある任意の装置で、本発明を使用することができる。携帯電話について既に述べられたが、携帯電話のレイアウトを、利用者のキーマットレイアウトに対する好みによって利用者のインターフェースを変更することができるように、完全にカスタマイズ可能にできることは述べられていなかった。複数のインターフェース構成を利用することができる他の装置は、ＰＤＡ、コンピュータキーボード、任意のポータブル電子機器、特にスペースが貴重なカメラやカムコーダなどのようなものを含むが、それらに限定されると見なされるべきではない。本発明の別の適用例は、ゲームコントローラ用である。第１のモードでは、ゲームコントローラが、移動制御部を強調または単に表示することができるが、戦闘に参加すると、戦闘モードディスプレイに自動的に切り替わる。これらは、適用例および装置のほんの少しの例であり、限定していると見なされるべきではない。
【００５１】
本発明の別の重要な態様は、電力消費である。本発明の実施形態のエネルギー節減は著しい。本発明は、一部の適用例において白熱電球、さらには蛍光電球をも、低電力消費ＬＥＤ６２で置き換えることを可能にする。ＬＥＤ６２は、白熱電球および蛍光電球よりも長い多くの時間、点灯することができるという利点も有する。
【００５２】
図１は、光学ディスプレイおよび光学式タッチパッド装置用の層の、可能な１つの構成を示しているに他ならないことも、理解されるべきである。層の数を変更することができる。層の組成を、その実施形態の適用例に応じて変更することができる。重要なことは、本発明の実施形態が、光が表示領域に向けられて、表示領域に非常に特定された角度から到達するのを可能にするという概念を対象としていることである。また、複数の回折パターンが、表示領域内に埋め込まれる。回折パターンは、光が特定の角度または方向から回折パターンに衝突するときにだけ各回折パターンが表示されるのを可能にするような、当業者に公知の方法で製作される。したがって、複数の異なるシンボルを、個々にまたは同時に照射して、所望の画像を表示させることができる。
【００５３】
装置が光学式タッチパッドとしても機能するのを可能にする構成要素のいずれかを含まない光学ディスプレイの製作が可能であることが、本発明の別の態様である。同様に、装置が光学ディスプレイとしても機能するのを可能にする構成要素のいずれかを含まない光学式タッチパッドの製作が可能である。明らかに、光導波路、低屈折率層、保護層など、要素の多くは共用の構成要素である。とは言え、光学ディスプレイだけがＬＥＤを必要とし、光学式タッチパッドだけが光センサを必要とする。
【００５４】
上述の構成は、本発明の原理を利用する例に他ならないことを理解されたい。多数の修正および代替構成を、当業者の手で、本発明の精神および範囲から逸脱することなく考案することができる。添付の特許請求の範囲は、そのような修正および構成を包含するものである。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明の原理に従って製作された層の一実施形態の側面切取図である。
【図２】図１に円Ａで示された表面特徴をクローズアップした切取図である。
【図３】光導波路１０から外にまっすぐに持ち上げられれば現れるような、単一の表面特徴２０の形状の斜視図である。
【図４】２つ以上のシンボルを照射するために、単一の表示領域内に表面特徴をどのように配設することができるかについての単に一例を示す、光導波路１０の表面３２の鳥瞰図である。
【図５】どの表面特徴が光導波路１０からの光に対して、光を観察者に向けて光学ディスプレイの上方に屈曲させることができるように適切に配向されたかを示す図である。
【図６】第１のキーボードがその上に表示された、数字キーパッドと共に使用するように構成された携帯電話の正面図である。
【図７】図６の携帯電話の正面図と同じであるが、ＱＷＥＲＴＹキーボードなどの異なるアルファベットキーボードで再構成された携帯電話の正面図である。
【図８】光を表示領域に伝達するのにＬＥＤを使用する様子を示すために、光学ディスプレイの一部分が斜視図の形で示される図である。
【図９】図８の光学ディスプレイの一部分が、この場合は表示領域上の指の存在を検出することができるように、光挿入点に光センサを含む図である。
【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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