(57)【要約】  レーザー干渉検出による位置決定のためのシステム及び方法は、平面領域（３００）を横切る広ビーム幅レーザー投影（３０１）を用いる。レンズシステム（２２２）は、広ビーム幅投影を提供するために用いられ、ビーム分割システム（２２５）は、干渉パターンを広ビーム幅投影の特定セグメントに関係づけるために用いられる。反射された干渉ビームは、広ビーム幅投影内の対象に対応する波動を検出するように構成された検出器配列（２４０）で検出される。
2010506324.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
広ビーム幅投影源、
検出器の配列、
広ビーム幅投影の以下の２つの投影を与えるように構成されたビームスプリッター：
平面領域を横切り延びる第１投影、及び
検出器の前記配列を横切り延びる第２投影、並びに
検出器の前記配列への前記第１投影の反射により引き起こされた干渉を検出し、前記平面領域における１以上の対象の存在を決定するように構成された検出システム
を含むシステム。
【請求項２】
前記投影源は広ビーム幅レーザー投影を提供する請求項１のシステム。
【請求項３】
前記投影源は、前記広ビーム幅投影を提供する円筒レンズを含む請求項１のシステム。
【請求項４】
検出器の前記配列へ前記第１投影の反射を案内するように構成されたレンズシステムを含む請求項１のシステム。
【請求項５】
前記レンズシステムは、前記第２投影の対応する光線が衝突する検出器の前記配列の領域へ前記第１投影の光線の反射を案内するように構成された請求項４のシステム。
【請求項６】
前記検出システムは、前記平面領域に対して前記対象の少なくとも１つの位置を決定するように構成された請求項１のシステム。
【請求項７】
前記検出システムは、前記配列の複数の検出器から検出された干渉に基づいて位置を決定するように構成された請求項６のシステム。
【請求項８】
前記検出システムは、ある時間間隔に亘る干渉の複数の測定に基づいて位置を決定するように構成された請求項６のシステム。
【請求項９】
前記平面領域に隣り合う表示画面を含む請求項１によるシステム。
【請求項１０】
前記検出システムは、前記投影と関係するエネルギーレベルを制御するように構成された請求項１のシステム。
【請求項１１】
広ビーム幅投影を提供するステップ；
以下の２つの投影を与えるために広ビーム幅投影を分割するステップ：
平面領域を横切り延びる第１投影、及び
検出器の配列を横切り延びる第２投影、並びに
検出器の前記配列への前記第１投影の反射により引き起こされた干渉を検出するステップ；並びに
前記平面領域における１以上の対象の存在を前記干渉から決定するステップ
を含む方法。
【請求項１２】
前記広ビーム幅投影は、レーザー投影を含む請求項１１の方法。
【請求項１３】
前記広ビーム幅投影を提供するステップは、前記広ビーム幅レーザー投影を提供する円筒レンズを介し狭ビーム幅投影を広げるステップを含む請求項１１の方法。
【請求項１４】
レンズシステムを介し検出器の前記配列へ前記第１投影の反射を案内するステップを含む請求項１１の方法。
【請求項１５】
前記第１投影の反射の光線は、前記第２投影の対応する光線が検出器の前記配列に衝突する領域で検出器の前記配列に衝突するように案内される請求項１４の方法。
【請求項１６】
前記平面領域に対して前記対象の少なくとも１つの位置を決定するステップを含む請求項１１の方法。
【請求項１７】
前記位置を決定するステップは、前記配列の複数の検出器から検出された干渉に基づいて位置を決定するステップを含む請求項１６の方法。
【請求項１８】
前記位置を決定するステップは、ある時間間隔に亘る干渉の複数の測定に基づいて位置を決定するステップを含む請求項１６の方法。
【請求項１９】
前記平面領域に隣り合う表示画面に情報を表示するステップを含む請求項１１の方法。
【請求項２０】
前記投影と関係するエネルギーレベルを制御するステップを含む請求項１１の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は,タッチ装置の分野に関し、特に表面のタッチ位置を検出するためレーザー干渉測定を用いるタッチ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
２００４年１１月９日発行Martin  D.  Liessによる米国特許６，８１６，５３７「接触感知機能性を持つ装置」は、ここで参照されるが、スクリーンに接触するタッチペン又は指のような対象の位置を検出するためレーザー干渉／反射を用いるタッチスクリーンを開示する。図１Ａ及び１Ｂは、この特許で使われる技術を示す。図１Ｂは、レーザービーム１０１を提供するレーザー発射及び検出装置１２０を含む走査装置１１０を示す。レーザービーム１０１は、機構１３０の制御の下振動する鏡１２５から反射される。図１Ａの参照番号１０１a、１０１b等は、ビームがスクリーン１００の表面を横切って走査するにつれて異なる時間例でこのビームを示すために使われる。
【０００３】
もしレーザービーム１０１の進路に対する障害が無ければ、ビームは、スクリーン１００の縁まで走行し、散乱パターンで縁を外れて反射する。レーザー検出技術に共通する技術を使い、走査装置１１０に戻り反射される散乱光は、装置１２０のレーザー発光ダイオードの光出力に対し波動を生み出す干渉を持ち込み、結果として生じる電流変調は、レーザー発光及び検出装置１２０の検出器により検出される。波動の発生の関係時及び鏡１２５の角度に基づき、反射源に対する距離及び方向はそれぞれ決定される。このように、スクリーン表面の対象１５０の発生は、距離及び方向が決定可能である波動をもたらす。スクリーン１００の縁からの反射は、システムが較正可能である一組の規則的波動を与える。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許６，８１６，５３７
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
この先行技術システムは、スクリーン表面に接触するかそうでなければレーザービーム１０１の平面投影を横切る対象を検出するための効果的手段を与えるが、平面投影を与える機械的性質は問題がある。機械的であることで、その使用は、特定環境に限られる可能性があり、そのシステムの信頼性は、その機械的構造の信頼性に限られそうである。同様に、生産の費用及び複雑さは、この機械装置に実質的に依存しそうである。
【０００６】
加えて、表面の走査は、時間を消費し、相当量の不感時間が、表面上の如何なる与えられた点／光線の走査間にも生じる。人がその表面に書くようなタッチペンの動きのような表面上の動きを正確に捉えることは、少なくとも毎秒３０サンプルを一般に要し、それは機械的走査構造を用いては、実現できない及び／又は実際的でない。
【０００７】
もしあるとすれば２，３の可動パーツを含むタッチスクリーンを提供する事には、利点がある。相対的に廉価に生産可能なタッチスクリーンを提供する事には又、利点がある。位置検出に基づくレーザー干渉の費用効果的な方法を提供する事には又、利点がある。急速な位置決定を提供するタッチスクリーンを提供する事には又、利点がある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
これらの利点及び他の点は、平面領域を横切る広ビーム幅レーザー投影を用いるレーザー干渉検出による位置決定のためのシステム及び方法により実現可能である。レンズシステムは、広ビーム幅投影を与えるために使用され、スプリットビームシステムは、広ビーム幅投影の特定のセグメント(segment)に干渉パターンを関係づけるために用いられる。反射された干渉ビームは、広ビーム幅レーザー投影内の対象に対応する波動を検出するように構成された検出器配列上で検出される。というのはビームはそれ自体、表面を走査せず、サンプリング速度は、検出器の配列の出力をサンプルし処理するのに要する時間のみにより制限される。
【０００９】
好ましい実施例において、本発明は、広ビーム幅投影源、検出器配列、広ビーム幅投影の平面領域を横切り延びる第１投影、検出器配列を横切り延びる第２投影の２つの投影を与えるように構成されたビームスプリッター、及び検出器配列への第１投影の反射により引き起こされた干渉を検出し、それから平面領域における１以上の対象の存在を決定するように構成された検出システムを含むシステムを含む。
【００１０】
好ましくは、本発明の方法は、広ビーム幅投影を提供すること；平面領域を横切り延びる第１投影、及び検出器配列を横切り延びる第２投影という２つの投影を与えるために広ビーム幅投影を分割すること；検出器配列への第１投影の反射により引き起こされた干渉を検出すること；及び平面領域における１以上の対象の存在を干渉から決定する事を含む。
【００１１】
本発明は、添付の図面を参照して、例により更に詳細に説明される。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１Ａ】先行技術レーザー干渉検出装置のブロック図の例を示す。
【図１Ｂ】先行技術レーザー干渉検出装置のブロック図の例を示す。
【図２】本発明によるレーザー干渉検出装置のブロック図の例を示す。
【図３】本発明によるレーザー干渉検出装置タッチスクリーン装置のブロック図の例を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
全図面を通じ、類似の参照符号は、類似のパーツ又は実質的に同じ機能を実行する要素を示す。図面は、図示の目的のため含まれ、本発明の範囲を制限することは意図されていない。
【００１４】
以下の記述において、制限よりも説明の目的のために、本発明の完全な理解を与えるため、特定構造、インターフェース、技術等のような特定の詳細は記述される。しかし、本発明は、これらの特定の詳細から離れて他の実施例で実践できる事は当業者にとって明らかである。簡素化と明瞭化の目的のために、周知の装置、回路及び方法の詳細な記述は、本発明の記述を不必要な詳細で不明瞭にしないために省略される。
【００１５】
図２は、本発明によるレーザー干渉検出装置のブロック図の例を示す。その装置は、広ビーム幅レーザー投影２０３を提供するように構成されたレーザーエミッター２２０及びレンズ２２２を含む。半透明鏡のような、ビーム分割装置２２５は、投影２０３を、装置２２５を越えて平面領域に延びる第１投影と、検出器配列２４０を横切って延びる第２投影とに分割する。第１投影内のサンプルビームは、ビーム２０１a-cとして示され、第２投影内のサンプルビームは、ビーム２０２a-cとして示される。
【００１６】
スプリッター２２５は、第２投影内の各ビームが、配列に沿った異なる点で検出器配列２４０に衝突するように配置される。各ビームは、ビーム源に関し特定の角度で平面を通り走行する第１コンポーネント(component)と、検出器配列２４０に沿う特定点に衝突する第２コンポーネントとを提供する。このように、配列２４０に沿う各点は、平面領域を横切るビームの投影角に対応する。即ち、例えば、ビーム２０２a、２０２ｂ、２０２c、及びこれらのビームに対する干渉は、検出器セグメント２４０a、２４０ｂ、２４０ｃの各々で検出可能である。対象１５０がビーム２０１ｂを散乱するとき、配列２４０に達する対象１５０からの反射は、検出器２４０ｂで対応するビーム２０２ｂに干渉をもたらす。更に下記に詳述するように、画像レンズシステムは好ましくは、誘発された干渉変調を更に促進するために、反射されたビーム２０２a-cをそれらに対応する検出器２４０a-cに案内するために用いられる。
【００１７】
検出システム２５０は、前述の米国特許６，８１６，５３７に開示されたような従来型レーザー干渉技術を用いて、平面領域内の対象１５０の位置を決定するために検出された干渉パターンを処理する。この先行技術特許におけるように、レーザー源から対象の距離は、干渉の相対時間遅れに基づいて決定可能である。この応用において、しかし、レーザー源から対象の角度は、配列２４０に沿う検出された干渉の位置に基づいて決定される。好ましい実施例において、検出システム２５０は、信頼できる対象検出を容易にするのに適切なエネルギーレベルを与えるためにレーザー発射システムを制御するように構成される。
【００１８】
検出システム２５０の精度及び分解能は、配列２４０の検出分解能に依存する。既知の技術は、より高い効率的な分解能を提供するのに使用可能であるが、配列２４０の少々の検出器はより低い分解能を与える。配列２４０の検出器の相対的形状及び対象１５０の大きさに依存して、干渉は、複数の検出器を横切って延び、従来の中心軌跡決定フィルター又は補間技術は、発射源に関する対象１５０の決定された角度の精度を洗練するために使用可能である。同様に、ある時間間隔に亘る複数のサンプルは、距離及び角度測定の両方の精度を更に洗練するために使用可能である。
【００１９】
種々のレンズシステムは又、投影を形成又は再形成するために採用可能である。好ましい実施例において、円筒レンズは、広ビーム幅投影を提供するために用いられ、他のレンズは、この投影を更に平面領域に案内するために使用可能である。同様に、レンズシステムは、平面領域からの反射を検出器配列２４０に案内するために使用可能である。
【００２０】
図３は、本発明のタッチスクリーン実施例を示す。表示画面３００は、画面領域を横切って延びる第１投影３０１と、検出器配列３１２を横切って延びる第２投影３０２に分割される広ビーム幅投影を用いるレーザー干渉検出器３１０を含む。レンズシステム３１５は、対象３５０、３５１からの反射を検出器３１２に案内するために機能する。対象３５０、３５１が検出器３１０から同じ角度でないとすると、対象３５０、３５１からの干渉パターンは、区別でき、関連検出システムは、表示画面３００の近くで及び／又は接触してこれら２つの対象の発生を報告できる。好ましい実施例において、レンズシステム３１５は、異なる角度で到着する反射を投影ビームのこれらの角度に対応する配列３１２上の領域に案内するように構成される。
【００２１】
前述の記載は、単に本発明の原理を示しているにすぎない。ここで明らかに記述されていない又は示されていないが、当業者が本発明の原理を実現し、本発明の範囲内である種々の配置を考案できるであろう事は評価されるであろう。例えば、対象の位置を検出するように構成されたレーザー干渉システムとの関連で本発明は呈示されるが、本発明の原理は、他の投影システムに適用でき、それ自体距離を決定しない単なる方向検出器、又は広ビーム幅投影領域内で対象の存在を単に検出する単なる近傍検出器のような他の検出スキーム(schemes)に適用できる。これら及び他のシステム構成並びに最適化機能は、この開示の観点で当業者に明らかで、以下の特許請求の範囲内に含まれる。
【００２２】
これらの特許請求の範囲を解釈するにあたり、以下のことは、理解されるべきである：
a)    
「含む」の語は、与えられた特許請求の範囲外の他の要素又はステップの存在を除外しない。
b)    要素に先立つ「１つの」の語は、複数のそのような要素の存在を除外しない。
c)  特許請求の範囲内の如何なる参照符号も、本発明の範囲を制限しない。
d)  数個の「手段」は同じ事項又はハードウエア又はソフトウエアが実施された構造又は機能により示され得る。
e)  各開示要素は、ハードウエア部分（例えば、別個の及び一体の電子回路を含む）、ソフトウエア部分（例えばコンピュータプログラミング）及び如何なるそれらの組み合わせからも構成可能である。
f)  ハードウエア部分はアナログ及びデジタル部分の１つ又は両方から構成可能である。
g)  特に他の記載がなければ如何なる開示された装置又は部分も、更なる部分と組み合わせ可能で、又は切り離し可能である。
h)  特に記載がなければ作用の特定の続きは、必要とは意図されない。
i)  要素の「複数」の語は、２以上の請求要素を含み、要素数の如何なる特定の範囲をも含蓄しない；即ち、複数の要素は、２つの要素であり得る。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
2010506324.tif 000007
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