(57)【要約】  実質的に平坦な形状のコリメートされた光信号を生じさせるために、点光源からの光を透過、コリメート及びリダイレクトするための装置及び方法が提供される。一実施形態では、本装置は、コリメーション素子及びリダイレクション素子、並びに任意で透過性素子を備えた単体の透過性ボディとして製造される。他の実施形態では、本装置は、一つ以上の構成要素からアセンブリされる。本装置及び方法は、光学タッチ入力装置用の感知光を提供するために、又は、ディスプレイ用の照明を提供するために有用である。
2010527100.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光信号を実質的にコリメートするように構成されているコリメーション素子と、
光信号を実質的にリダイレクトするように構成されているリダイレクション素子とを備え、
前記コリメーション素子及び前記リダイレクション素子が、実質的に平坦な光信号を受信し、該光信号をコリメート及びリダイレクトして、実質的にコリメートされた平坦な信号を生じさせるように配置されている、入力装置用の透過性ボディ。
【請求項２】
前記コリメーション素子及び前記リダイレクション素子が、第一の平面内を伝播する実質的に平坦な光信号を受信し、該光信号を実質的にコリメートされた平坦な信号として前記第一の平面とは異なる第二の平面内にリダイレクトするように配置されている、請求項１に記載の透過性ボディ。
【請求項３】
前記第一の平面及び前記第二の平面が実質的に平行である、請求項２に記載の透過性ボディ。
【請求項４】
前記実質的にコリメートされた平坦な信号が、前記第一の平面に対して実質的に平行で間隔の空けられている一つ以上の平面内にリダイレクトされる、請求項２又は３に記載の透過性ボディ。
【請求項５】
前記実質的にコリメートされた平坦な信号が、受信された前記光信号の光源に向けてリダイレクトされる、請求項１から４のいずれか一項に記載の透過性ボディ。
【請求項６】
スペクトルの赤外又は可視領域の光に対して実質的に透明で、任意で周辺可視光に対して不透明である単体のプラスチック物質から形成されている請求項１から５のいずれか一項に記載の透過性ボディ。
【請求項７】
（ａ）平坦な形状で光信号を受信、閉じ込め及び透過させるように構成されている透過性素子と、
（ｂ）光信号を実質的にコリメート及びリダイレクトするように構成されているコリメーション及びリダイレクション素子とを備え、
前記透過性素子及び前記コリメーション及びリダイレクション素子が、光源からの光信号を受信し、該光信号をコリメート及びリダイレクトして、実質的に平坦な形状で実質的にコリメートされた信号を生じさせるように配置されている、透過性ボディ。
【請求項８】
（ａ）平坦な形状で光信号を受信、閉じ込め及び透過させるように構成されている透過性素子と、
（ｂ）光信号を実質的にコリメートするように構成されているコリメーション素子と、
（ｃ）光信号をリダイレクトするように構成されているリダイレクション素子とを備え、
前記透過性素子、前記コリメーション素子及び前記リダイレクション素子が、光源からの光信号を受信し、該光信号を透過、コリメート及びリダイレクトして、実質的に平坦な形状で実質的にコリメートされた信号を生じさせるように配置されている、透過性ボディ。
【請求項９】
前記リダイレクション素子が、前記実質的に平坦な形状で実質的にコリメートされた信号を、前記透過性素子に集積された平坦な導波路内にリダイレクトするように構成されている、請求項７又は８に記載の透過性ボディ。
【請求項１０】
前記透過性素子がフレキシブルである、請求項９に記載の透過性ボディ。
【請求項１１】
前記透過性素子が実質的に平坦である、請求項７から９のいずれか一項に記載の透過性ボディ。
【請求項１２】
前記実質的なコリメートされた平坦な信号が、前記透過性素子と実質的に同一平面上の平面内にリダイレクトされる、請求項１１に記載の透過性ボディ。
【請求項１３】
前記実質的にコリメートされた平坦な信号が、前記透過性素子に対して実質的に平行で間隔の空けられている一つ以上の平面内にリダイレクトされる、請求項１１に記載の透過性ボディ。
【請求項１４】
前記実質的にコリメートされた平坦な信号が、前記光源に向けて戻るようにリダイレクトされる、請求項７から１３のいずれか一項に記載の透過性ボディ。
【請求項１５】
単一の光源から複数の実質的に平坦な形状で実質的にコリメートされた信号を生じさせるように構成されている複数のコリメーション素子及びリダイレクション素子を含む請求項７から１４のいずれか一項に記載の透過性ボディ。
【請求項１６】
前記コリメーション素子及び／又は前記リダイレクション素子がミラー又はレンズの形状である、請求項７から１５のいずれか一項に記載の透過性ボディ。
【請求項１７】
前記光源が点光源である、請求項７から１６のいずれか一項に記載の透過性ボディ。
【請求項１８】
前記点光源が、発散する光信号を提供する、請求項１７に記載の透過性ボディ。
【請求項１９】
前記コリメーション素子が、一つ以上の実質的にパラボラ状の反射器又は一つ以上の実質的に楕円形のレンズを含む、請求項１８に記載の透過性ボディ。
【請求項２０】
前記一つ以上の実質的にパラボラ状の反射器のそれぞれが、その焦点が前記点光源に実質的に一致するように成形及び配置されている、請求項１９に記載の透過性ボディ。
【請求項２１】
前記一つ以上の実質的に楕円形のレンズのそれぞれが、該レンズの焦点が前記点光源に実質的に一致するように成形及び配置されている、請求項１９に記載の透過性ボディ。
【請求項２２】
前記コリメーション素子及び前記リダイレクション素子が両方とも、前記透過性素子の光学的な下流に存在している、請求項７から２１のいずれか一項に記載の透過性ボディ。
【請求項２３】
該透過性ボディが、
ａ）前記コリメーション素子、前記リダイレクション素子及び前記透過性素子の三つ全てを備えた単体のボディ、
ｂ）一対のボディであって、該ボディの一方が前記コリメーション素子、前記リダイレクション素子及び前記透過性素子のうちいずれか二つを備え、該ボディの他方が残りの素子を備える、一対のボディ、又は、
ｃ）三つのボディであって、各ボディが、前記コリメーション素子、前記リダイレクション素子及び前記透過性素子素子のうち一つを備える、三つのボディ、
のいずれかとして形成されている、請求項７から２２のいずれか一項に記載の透過性ボディ。
【請求項２４】
前記透過性素子の平面に対して垂直な方向に実質的にコリメートされた平坦な信号を実質的にコリメートするための第二のコリメーション素子を更に備えた請求項１１から２３のいずれか一項に記載の透過性ボディ。
【請求項２５】
前記第二のコリメーション素子がレンズである、請求項２４に記載の透過性ボディ。
【請求項２６】
実質的にコリメートされた平坦な信号の一部のみがリダイレクトされる、請求項７から２５のいずれか一項に記載の透過性ボディ。
【請求項２７】
二つ以上の光源から光信号を受信するように構成されていて、対応する一対の実質的にコリメートされた平坦な信号を提供するために一対のコリメーション素子及び一対のリダイレクション素子を備えた請求項７から２６のいずれか一項に記載の透過性ボディ。
【請求項２８】
前記一対の実質的にコリメートされた平坦な信号が実質的に垂直な方向に伝播する、請求項２７に記載の透過性ボディ。
【請求項２９】
前記一対の実質的にコリメートされた平坦な信号が相互に間隔の空けられた実質的に平行な平面内を伝播する、請求項２７又は２８に記載の透過性ボディ。
【請求項３０】
前記一対の実質的にコリメートされた平坦な信号が同一平面上にある、請求項２７又は２８に記載の透過性ボディ。
【請求項３１】
単一の光源から光信号を受信するように構成されていて、対応する一対の実質的にコリメートされた平坦な信号を提供するために一対のコリメーション素子及び一対のリダイレクション素子を備えた請求項７から２５のいずれか一項に記載の透過性ボディ。
【請求項３２】
前記一対の実質的にコリメートされた平坦な信号が、実質的に垂直な方向に伝播する、請求項３１に記載の透過性ボディ。
【請求項３３】
前記一対の実質的にコリメートされた平坦な信号が相互に間隔の空けられた実質的に平行な平面内を伝播する、請求項３１又は３２に記載の透過性ボディ。
【請求項３４】
前記一対の実質的にコリメートされた平坦な信号が同一平面上にある、請求項３１又は３２に記載の透過性ボディ。
【請求項３５】
実質的にコリメートされた平坦な信号と前記透過性素子との間に配置されたディスプレイを更に備えた請求項７から３４のいずれか一項に記載の透過性ボディ。
【請求項３６】
実質的にコリメートされた平坦な信号に対して前記透過性素子の反対側に配置されたディスプレイを更に備えた請求項７から３４のいずれか一項に記載の透過性ボディ。
【請求項３７】
前記透過性素子として機能する平坦な部分を含むディスプレイを更に備えた請求項７から３４のいずれか一項に記載の透過性ボディ。
【請求項３８】
スペクトルの赤外又は可視領域の光に対して実質的に透明で、任意で周辺可視光に対して不透明である単体のプラスチック物質から形成されている請求項１から３７のいずれか一項に記載の透過性ボディ。
【請求項３９】
前記単体のプラスチック物質が射出成形によって形成されている、請求項３８に記載の透過性ボディ。
【請求項４０】
前記コリメーション素子及び前記リダイレクション素子が、スペクトルの赤外又は可視領域の光に対して実質的に透明で、任意で周辺可視光に対して不透明である単体のプラスチック物質から形成されている、請求項７から３７のいずれか一項に記載の透過性ボディ。
【請求項４１】
前記単体のプラスチック物質が射出成形によって形成されている、請求項４０に記載の透過性ボディ。
【請求項４２】
前記単体の透過性ボディがガラスから形成されている、請求項４０又は４１に記載の透過性ボディ。
【請求項４３】
入力を検出するために、実質的にコリメートされた平坦な信号の少なくとも一部を受信するように構成されている少なくとも一つの光検出素子を更に備えた請求項１から４２のいずれか一項に記載の透過性ボディ。
【請求項４４】
前記少なくとも一つの光検出素子が、少なくとも一つの光検出器と光学的に通信する少なくとも一つの光導波路を含む、請求項４３に記載の透過性ボディ。
【請求項４５】
入力装置用の及びディスプレイを照明する用のアセンブリであって、前記入力装置用に光信号を供給するための請求項７から４４のいずれか一項に記載の透過性ボディと、光源から前記ディスプレイへと光を受信及び分布させることによって前記ディスプレイを照明するための前記透過性素子に隣接した分布素子とを備えたアセンブリ。
【請求項４６】
入力装置用の及びディスプレイを照明する用のアセンブリであって、前記入力装置用に光信号を提供するために、光源から光信号を受信し、実質的に平坦な形状で該光信号を、実質的に平坦な光信号を実質的にコリメート及びリダイレクトするように構成されているコリメーション及びリダイレクション素子内に閉じ込め及び透過させるように構成されている透過性素子を備えた透過性ボディと、光源から前記ディスプレイへと光を受信及び分布させることによって前記ディスプレイを照明するための前記透過性素子に隣接する分布素子とを備えたアセンブリ。
【請求項４７】
前記分布素子から前記透過性素子への前記光の漏れを低減するために、及び、前記透過性素子から前記分布素子への前記光信号の漏れを低減するために、前記透過性素子と前記分布素子との間に配置されたクラッド層を更に備えた請求項４５又は４６に記載のアセンブリ。
【請求項４８】
前記分布素子に前記光を供給するための光源及び前記透過性素子に前記光信号を供給するための光源が前記透過性素子の同じ側に配置されるように、前記分布素子が配置されている、請求項４５から４７のいずれか一項に記載のアセンブリ。
【請求項４９】
前記分布素子に前記光を供給するための光源及び前記透過性素子に前記光信号を供給するための光源が前記透過性素子の相互に対向する側に配置されるように、前記分布素子が配置されている、請求項４５から４７のいずれか一項に記載のアセンブリ。
【請求項５０】
前記光信号がスペクトルの赤外領域の一つ以上の所定の波長を含み、前記光がスペクトルの可視領域の一つ以上の所定の波長を含む、請求項４５から４９のいずれか一項に記載のアセンブリ。
【請求項５１】
前記光信号及び前記光がそれぞれスペクトルの可視領域の一つ以上の所定の波長を含む、請求項４５から４９のいずれか一項に記載のアセンブリ。
【請求項５２】
前記ディスプレイが前記透過性素子の上方に配置される、請求項４５から５１のいずれか一項に記載のアセンブリ。
【請求項５３】
前記ディスプレイが前記透過性素子の下方に配置される、請求項４５から５１のいずれか一項に記載のアセンブリ。
【請求項５４】
前記光を供給するための光源が冷陰極蛍光ランプ又はＬＥＤアレイであり、前記光信号を供給するための光源が一つのＬＥＤ又は一群のＬＥＤである、請求項４５から５３のいずれか一項に記載のアセンブリ。
【請求項５５】
入力装置用の及びディスプレイを照明する用のアセンブリであって、請求項７から４４のいずれか一項に記載の透過性ボディと、光を生じさせるための一つ以上の光源とを備え、該一つ以上の光源が前記透過性素子の下方に配置されることによって前記透過性素子を介して前記ディスプレイを照明する、アセンブリ。
【請求項５６】
入力装置用の及びディスプレイを照明する用のアセンブリであって、光源から光信号を受信し、実質的に平坦な形状で該光信号を、実質的に平坦な光信号を実質的にコリメート及びリダイレクトするように構成されているコリメーション及びリダイレクト素子に閉じ込め及び透過させるように構成されている透過性素子を備えた透過性ボディと、光を生じさせるための一つ以上の光源とを備え、該一つ以上の光源が前記透過性素子の下方に配置されることによって前記透過性素子を介して前記ディスプレイを照明する、アセンブリ。
【請求項５７】
前記透過性素子から前記一つ以上の光源への光の漏れを低減するために、又は、前記透過性素子内の前記光信号と前記一つ以上の光源との間の相互作用を低減するために、前記一つ以上の光源と前記透過性素子との間に配置されたクラッド層を更に備えた請求項５５又は５６に記載のアセンブリ。
【請求項５８】
前記一つ以上の光源がＬＥＤである、請求項５５から５７のいずれか一項に記載のアセンブリ。
【請求項５９】
前記ＬＥＤがスペクトルの可視領域の一つ以上の所定の波長を生じさせる、請求項５８に記載のアセンブリ。
【請求項６０】
前記ディスプレイが前記透過性素子の上方に配置される、請求項５５から５９のいずれか一項に記載のアセンブリ。
【請求項６１】
入力装置用の信号を生じさせるための及びディスプレイを照明するための方法であって、
光源から光信号を提供する段階と、
平坦な形状で前記光信号を受信、閉じ込め及び透過させる段階と、
前記光信号を実質的にコリメートする段階と、
前記入力装置用に該実質的にコリメートされた光信号をリダイレクトする段階と、
光源から光を提供する段階と、
前記ディスプレイに対して前記光を受信及び分布させることによって前記ディスプレイを照明する段階とを備えた方法。
【請求項６２】
入力装置用に信号を生じさせるための及びディスプレイを照明するための方法であって、
前記入力装置用の光信号を供給するために、請求項１から４４のいずれか一項に記載の透過性ボディに光源を光学的に結合する段階と、
前記透過性ボディに分布素子を結合する段階と、
前記ディスプレイを照明するための光を供給するために、光源に前記分布素子を光学的に結合する段階とを備えた方法。
【請求項６３】
入力装置用の信号を生じさせるための及びディスプレイを照明するための方法であって、
光源から光信号を提供する段階と、
平坦な形状で前記光信号を受信、閉じ込め及び透過させる段階と、
前記光信号を実質的にコリメートする段階と、
前記入力装置用に該実質的にコリメートされた光信号をリダイレクトする段階と、
一つ以上の光源から光を提供する段階と、
前記ディスプレイに前記光を分布させることによって前記ディスプレイを照明する段階とを備えた方法。
【請求項６４】
入力装置用の信号生成装置であって、
光信号を提供するための光源と、
透過性ボディとを備え、該透過性ボディが、
（ａ）平坦な形状で前記光信号を受信、閉じ込め及び透過させるように構成されている透過性素子と、
（ｂ）前記光信号を実質的にコリメートするように構成されているコリメーション素子と、
（ｃ）前記光信号をリダイレクトするように構成されているリダイレクション素子とを備え、
前記透過性素子、前記コリメーション素子及び前記リダイレクション素子が、前記光信号を受信して、該光信号を透過、コリメート及びリダイレクトして、実質的に平坦な形状で実質的にコリメートされた信号を生じさせるように配置されている、信号生成装置。
【請求項６５】
入力装置であって、
光信号を提供するための光源と、
（ａ）平坦な形状で光信号を受信、閉じ込め及び透過させるように構成されている透過性素子と、
（ｂ）光信号を実質的にコリメートするように構成されているコリメーション素子と、
（ｃ）光信号をリダイレクトするように構成されているリダイレクション素子とを備え、
前記透過性素子、前記コリメーション素子及び前記リダイレクション素子が、前記光信号を受信して、該光信号を透過、コリメート及びリダイレクトして、実質的に平坦な形状で実質的にコリメートされた信号を生じさせるように配置されていて、該実質的にコリメートされた平坦な信号が、入力を検出するための少なくとも一つの光検出素子に向けられる、入力装置。
【請求項６６】
実質的にコリメートされた平坦な形状で光信号を生じさせるための方法であって、
光源から光信号を提供する段階と、
平坦な形状で前記光信号を受信、閉じ込め及び透過させる段階と、
前記光信号を実質的にコリメートする段階と、
前記光信号をリダイレクトする段階とを備えた方法。
【請求項６７】
実質的に平坦な透過性素子が平坦な形状で前記光信号を閉じ込め及び透過させて、コリメーション素子が平坦な形状で前記光信号をコリメートして、リダイレクション素子が実質的にコリメートされた平坦な信号をリダイレクトする、請求項６６に記載の方法。
【請求項６８】
前記透過性素子、前記コリメーション素子及び前記リダイレクション素子が透過性ボディを規定する、請求項６７に記載の方法。
【請求項６９】
実質的にコリメートされた平坦な信号を、前記透過性素子に実質的に平行な平面何にリダイレクトする段階を更に備えた請求項６６から６８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７０】
実質的にコリメートされた平坦な信号を、前記透過性素子に対して実質的に平行で間隔の空けられている一つ以上の平面内にリダイレクトする段階を更に備えた請求項６６から６９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７１】
実質的にコリメートされた平坦な信号を前記光源に戻るようにリダイレクトする段階を更に備えた請求項６６から７０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７２】
前記光源が、発散する光信号を提供する点光源であり、前記コリメーション素子が一つ以上の実質的にパラボラ状の反射器又は一つ以上の実質的に楕円形のレンズを含む、請求項６６から７１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７３】
前記一つ以上の実質的にパラボラ状の反射器のそれぞれが、その焦点が前記点光源に実質的に一致するように成形及び配置される、請求項７２に記載の方法。
【請求項７４】
前記一つ以上の実質的に楕円形のレンズのそれぞれが、該レンズの焦点が前記点光源に実質的に一致するように成形及び配置される、請求項７２に記載の方法。
【請求項７５】
実質的に垂直な方向に伝播する一対の実質的にコリメートされた平坦な信号を提供するために、一対の光源及び対応する対になったコリメーション素子及びリダイレクション素子を提供する段階を更に備えた請求項６６から７４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７６】
実質的に垂直な方向に伝播する一対の実質的にコリメートされた平坦な信号を提供するために、単一の光源及び対になったコリメーション素子及びリダイレクション素子を提供する段階を更に備えた請求項６６から７４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７７】
ディスプレイを照明するためのアセンブリであって、
実質的に平坦な光を実質的にコリメート及びリダイレクトするように構成されているコリメーション及びリダイレクション素子内に、実質的に平坦な形状で光を受信、閉じ込め及び透過させるように構成されている透過性素子を備えた透過性ボディと、
該実質的に平坦なコリメートされた光をディスプレイに対して受信及び分布させることによって前記ディスプレイを照明するように構成されている分布素子とを備えたアセンブリ。
【請求項７８】
ディスプレイを照明するためのアセンブリであって、前記実質的に平坦なコリメートされた光を前記ディスプレイに分布させることによって前記ディスプレイを照明するように構成されている分布素子に光学的に結合されている請求項１から４４のいずれか一項に記載の透過性ボディを備えたアセンブリ。
【請求項７９】
ディスプレイを照明するための方法であって、
光源から光を提供する段階と、
実質的に平坦な形状で前記光を受信、閉じ込め及び透過させる段階と、
前記光を実質的にコリメート及びリダイレクトする段階と、
該実質的に平坦なコリメートされた光を前記ディスプレイに分布させることによって前記ディスプレイを照明する段階とを備えた方法。
【請求項８０】
光源からの光でディスプレイを照明するための方法であって、
請求項１から４４のいずれか一項に記載の透過性ボディに前記光源を光学的に結合する段階と、
実質的に平坦なコリメートされた光を前記ディスプレイに分布させることによって前記ディスプレイを照明するための分布素子に前記透過性ボディを光学的に結合する段階とを備えた方法。
【請求項８１】
前記光が点光源から提供される請求項７７若しくは７８に記載のアセンブリ又は請求項７９若しくは８０に記載の方法。
【請求項８２】
前記点光源がＬＥＤである請求項８１に記載のアセンブリ又は請求項８１に記載の方法。
【請求項８３】
入力装置用の及びディスプレイを照明する用の透過性ボディであって、
前記入力装置用に、実質的に平坦な光信号をリダイレクトするように構成されているリダイレクション素子に、実質的に平坦な形状で光信号の第一の部分を受信、閉じ込め及び透過させるように構成されている透過及び分布素子を備え、
前記透過及び分布素子が、前記ディスプレイに光信号の第二の部分を同時に分布させることによって前記ディスプレイを照明する、透過性ボディ。
【請求項８４】
前記ディスプレイが前記透過及び分布素子の上方に配置される、請求項８３に記載の透過性ボディ。
【請求項８５】
前記ディスプレイが前記透過及び分布素子の下方に配置される、請求項８３に記載の透過性ボディ。
【請求項８６】
前記透過及び分布素子の上方に配置され前記光信号に対して透明なタッチ表面を更に備えた請求項８５に記載の透過性ボディ。
【請求項８７】
入力装置用の及びディスプレイを照明する用のアセンブリであって、
前記入力装置用に、実質的に平坦な光の第一の部分をリダイレクトするように構成されているリダイレクション素子に、実質的に平坦な形状で光を受信及び透過させるのと同時に、前記ディスプレイを照明する用に、前記光を分布素子に供給するために実質的に平坦な光の第二の部分をリダイレクトするように構成されている透過性素子を備えたアセンブリ。
【請求項８８】
前記ディスプレイ及び前記分布素子が前記透過性素子の上方に配置される、請求項８７に記載のアセンブリ。
【請求項８９】
前記ディスプレイが前記透過性素子の下方に配置され、前記分布素子が前記透過性素子の上方に配置される、請求項８７に記載のアセンブリ。
【請求項９０】
前記分布素子の上方に配置され前記光に対して透明なタッチ表面を更に備えた請求項８９に記載のアセンブリ。
【請求項９１】
前記光が冷陰極蛍光ランプ又はＬＥＤアレイによって供給される、請求項８３から８６のいずれか一項に記載の透過性ボディ又は請求項８７から９１のいずれか一項に記載の
アセンブリ。
【請求項９２】
入力装置用の信号を生じさせるための及びディスプレイを照明するための方法であって、
光源から光を提供する段階と、
実質的に平坦な形状で前記光を受信、閉じ込め及び透過させる段階と、
前記入力装置用に、実質的に平坦な光の第一の部分をリダイレクトするのと同時に、前記ディスプレイに実質的に平坦な光の第二の部分を分布させることによって前記ディスプレイを照明する段階とを備えた方法。
【請求項９３】
入力装置用の信号を生じさせるための及びディスプレイを照明するための方法であって、
光源から光を提供する段階と、
実質的に平坦な形状で前記光を受信、閉じ込め及び透過させる段階と、
前記入力装置用に実質的に平坦な形状の光の第一の部分をリダイレクトするのと同時に、実質的に平坦な光の第二の部分を前記ディスプレイに分布させることによって前記ディスプレイを照明するために、該第二の部分をリダイレクトする段階とを備えた方法。
【請求項９４】
入力装置用のアセンブリであって、光信号をコリメート及びリダイレクトして実質的にコリメートされた平坦な信号を生じさせるために、光源から光信号を受信して、実質的に平坦な形状で前記光信号を、請求項１から６のいずれか一項に記載の透過性ボディ内に閉じ込め及び透過させるように構成されている透過性素子を備えたアセンブリ。
【請求項９５】
前記透過性素子が、タッチスクリーン又はディスプレイの外部ガラス又はプラスチックプレートである、請求項９４に記載のアセンブリ。
【請求項９６】
入力装置用の信号生成装置であって、コリメートされた信号を提供するための光源と、実質的に平坦な形状で前記コリメートされた信号を捕捉及びリダイレクトするための透過性ボディとを備えた信号生成装置。
【請求項９７】
前記光源が点光源である、請求項９６に記載の信号生成装置。
【請求項９８】
前記光源が線光源である、請求項９６に記載の信号生成装置。
【請求項９９】
前記透過性ボディが、光信号を受信及びリダイレクトするためのリダイレクション素子を含む、請求項９６から９８のいずれか一項に記載の信号生成装置。
【請求項１００】
前記透過性ボディが、光信号を受信及びコリメートするためのコリメーション素子を含む、請求項９６から９９のいずれか一項に記載の信号生成装置。
【請求項１０１】
前記透過性ボディが、平坦な形状で光信号を捕捉及び透過させるための透過性素子を含む、請求項９６から１００のいずれか一項に記載の信号生成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
［関連出願の相互参照］
本願は、２００７年５月１１日出願の米国仮出願第６０／９１７５６７号、及び２００７年９月１２日出願の米国仮出願第６０／９７１６９６号の優先権を主張する。両出願の内容は、参照として本願に組み込まれる。
【０００２】
特定の実施形態では、本発明は、入力装置、特に光学タッチ入力装置に関する。他の実施形態では、本発明は、ディスプレイを照射する装置に関する。更なる実施形態では、本発明は、入植装置及びディスプレイを照射するための装置の組み合わせに関する。しかしながら、当然、本発明はこれらの特定分野での使用に限定されるものではない。
【背景技術】
【０００３】
明細書における従来技術の議論は、このような従来技術が周知であったり、当該分野における常識の一部を成すことを認めるものとして見なされるものではない。
【０００４】
コンピュータや他の家庭用電子機器（携帯電話、ＰＤＡ（個人情報端末，ｐｅｒｓｏｎａｌ  ｄｉｇｉｔａｌ  ａｓｓｉｓｔａｎｔ）、携帯ゲーム機等）用のタッチ入力装置又はセンサは、その相対的な使い易さにより非常に望まれている。従来、タッチ入力装置を提供する多様な方法が、用いられてきた。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、オーバーレイは損傷し易く、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、このような減光を補償するために過度のパワーを用いることが必要になる。また、抵抗装置は湿気に敏感であり得て、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に対応するものになる。他の方法は、静電容量タッチスクリーンであり、これもオーバーレイを必要とする。この場合、オーバーレイは一般的により耐久性があるが、グレア及び減光の問題がある。
【０００５】
更に他の一般的な方法では、赤外線の光ビームのマトリクスをディスプレイの前面に構成して、一つ又は複数のビームの遮断によってタッチが検出される。このような‘光学’タッチ入力装置は昔から知られていて（特許文献１及び特許文献２を参照）、ビームを、発光ダイオード（ＬＥＤ，ｌｉｇｈｔ  ｅｍｉｔｔｉｎｇ  ｄｉｏｄｅ）等の光源のアレイによって発生させて、対応する検出器（光トランジスタ等）のアレイによって検出する。この装置は、オーバーレイが必要ないという利点を有し、様々な周辺光条件において機能し得るが（特許文献３）、多数の光源及び検出器部品並びに補助電子機器が必要とされる点において、重大なコスト問題を有する。このようなシステムの空間解像度は光源及び検出器の数に依存するので、その部品コストは、ディスプレイサイズ及び解像度と共に増大する。一般に、光源及び検出器はディスプレイにわたって互いに対向しているが、一部の場合（例えば、特許文献４、特許文献５、特許文献６に開示されている場合）、ディスプレイの同じ側に配置されて、ディスプレイの反対側の反射器によって戻りの光学経路が提供されている。
【０００６】
集積光導波路に基づいた、他の光学タッチ入力技術が、特許文献７、特許文献８、特許文献９に開示されている。このような装置の基本原理が図１に示されている。この設計では、集積光導波路１０は、光を光源１１から集積面内レンズ１６に導く。集積面内レンズ１６は、ディスプレイ及び／又は入力領域１３の平面内に光をコリメートして、ディスプレイ及び／又は入力領域１３にわたって光ビーム１２のアレイを放つ。光は、ディスプレイ及び／又は入力領域の反対側の第二セットの集積面内レンズ１６及び集積光導波路１４によって収集されて、位置感知（つまり、多重素子）検出器１５に導かれる。タッチ（例えば、指やタッチペンによる）は、光ビームの一つ又は複数をカットして、影として検出されて、タッチしている対象によって遮蔽された特定のビームから位置が求められる。つまり、物理的な遮蔽の位置が、各次元において識別可能であり、使用者のフィードバックを装置に入力することができる。好ましくは、本装置は、入力領域の各側部に、集積面内レンズに隣接する外部の垂直コリメートレンズ（ＶＣＬ，ｖｅｒｔｉｃａｌ  ｃｏｌｌｉｍａｔｉｎｇ  ｌｅｎｓ）１７も含み、入力領域の平面に垂直な方向に光をコリメートする。
【０００７】
図１に示されるように、タッチ入力装置は一般に、二次元且つ矩形であり、入力領域の隣接する側部に沿った‘送信’導波路１０の二つのアレイ（Ｘ，Ｙ）と、入力領域の他の二つの側部に沿った‘受信’導波路１４の対応する二つのアレイを備えている。送信側の一部として、一実施形態では、単一の光源１１（ＬＥＤや、垂直キャビティ面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ，ｖｅｒｔｉｃａｌ  ｃａｖｉｔｙ  ｓｕｒｆａｃｅ  ｅｍｉｔｔｉｎｇ  ｌａｓｅｒ）等）からの光は、或る形状の光スプリッタ１８（例えば１×Ｎのツリー型スプリッタ）を介してＸ及びＹ送信アレイを形成する複数の送信導波路１０に分布する。Ｘ及びＹ送信導波路は一般にＬ字型基板１９上に配置され、Ｘ及びＹ受信導波路も同様のＬ字型基板上に配置されて、単一の光源及び単一の位置感知検出器を用いて、Ｘ及びＹ方向の両方をカバーすることができる。他方、代替的な実施形態では、個別の光源及び／又は検出器が、Ｘ及びＹ次元のそれぞれに対して用いられ得る。更に、導波路は、使用される光の波長において透明な（少なくとも光１２ビームの通過する導波路の一部において透明な）ベゼル構造によって、周囲から保護され得て、上述のＶＣＬ等の更なるレンズの特徴を取り入れることができる。一般に、検知光は近赤外線（例えば、略８５０ｎｍ）内のものであり、この場合、ベゼルは可視光に対して不透明であることが好ましい。
【０００８】
簡単のため、図１には、次元ごとに、４対の送信及び受信導波路のみが示されている。一般的には、次元ごとにより多くの対が密接に存在していて、光ビーム１２が入力領域１３を実質的にカバーする。
【０００９】
光源及び検出器の対にされたアレイを備えたタッチ入力装置と比較して、導波路に基づいた装置は、必要とされる光源及び検出器の数が大幅に減少するので、顕著なコスト効果を有する。それでもなお、多数の欠点がある。
【００１０】
第一に、タッチ機能性が、家庭用電子機器（携帯電話、携帯ゲーム機、ＰＤＡ（個人情報端末）等）においてますます一般的になっており、コスト削減が継続的に求められている。比較的安価な導波路物質及び製造方法（フォトリソグラフィ又は成形プロセスによってパターン化される硬化性ポリマー等）を用いたとしても、やはり、送信及び受信導波路アレイは、タッチ入力装置のコストの大部分を占めてしまう。第二に、信号対ノイズの問題がある。送信導波路は小型なので（典型的には、１０μｍのオーダのサイドを備えた正方形又は矩形の断面を有する）、大量の‘信号’光を光源から送信導波路内に結合することが難しい。この光の一部のみが受信導波路によって捕捉されるので、システム全体としては、周辺光からの‘ノイズ’に弱い（特に明るい太陽光において用いられる場合）。第三に、この装置は離散ビーム１２を用いるので、送信及び受信導波路を、アセンブリ中に注意深く整列させる必要がある。同様の整列の要求は、離散的な光源及び検出器を備えた、より旧型の光学タッチ入力装置にも当てはまる。
【００１１】
図１に示される導波路に基づいたタッチ入力装置の検査は、タッチしている対象に対する位置情報が受信導波路１４上にエンコードされることを判定する。つまり、対象の位置は、受信する光の少ない又は光を受信しない特定の受信導波路から決定され、その条件が、多重素子検出器１５の各素子に伝えられることを判定する。送信側はそれほど重要ではなく、Ｘ及びＹ方向に伝播する光の二枚のシートを、離散ビーム１２のグリッド面内で用いることができる。
【００１２】
特許文献１０に開示される代替の構成が、図２に概略的に示されていて、送信導波路を、複数の反射ファセット（反射面）２２を備えた光パイプ２１の形状の単一の‘バルク光学系’導波路に置換することによって、最小数の光源を用いながらも、光のシートが提供されている。動作時には、光源１１からの光は、光パイプ２１の入力面に放たれ（任意で、レンズ２３の補助を用いる）、この光が反射ファセット２２によって偏向されて、受信導波路１４に向けて入力領域１３を横切る光のシート４５を生じさせる。図２に示されるように、光パイプ２１は、入力領域１３の‘送信サイド’を両方含むＬ字型部材であり、その頂点に方向転換ミラー２４を備えている。マイナーな変形例では、各送信サイドに対して、個別の実質的に線形の光パイプが存在し得る。有利には、光パイプ２１は、例えば射出成形によって形成されたポリマー物質を備え得て、導波路のアレイよりも製造するのが大幅に安価になる。更には、光パイプ２１は‘バルク光学系’部材であるので、光源１１から高効率で光パイプ内に光を結合させることが比較的単純であり、信号対ノイズ比が改善される。
【００１３】
特許文献１０で述べられているように、光パイプ２１の出力面２５を、垂直（面外）方向に光シート４５をコリメートするレンズ２６を形成するために、シリンダー状の曲率を有する形にすることができ、別途の垂直コリメートレンズが必要でなくなる。これによって、材料表（ＢＯＭ，Ｂｉｌｌ  ｏｆ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ）が減り、アセンブリコストも減少し得る。
【００１４】
複数の反射ファセットを備えた光パイプは、照明目的用の単一の光源から光を分布するために一般的に用いられている（例えば、特許文献１１を参照）。また、例えば特許文献１２に開示されているように、一表面上に複数の反射ファセットを備えた実質的に平坦な導光板等の二次元バージョンも、ディスプレイのバックライト用に知られている。大抵の既知の光パイプ及び導光板では、反射ファセットは、外縁又は表面に沿って形成される。特許文献１０に開示されている光パイプ２１は、むしろ異なる形状（ファセット２２が光パイプボディに対して本質的に内部に存在している）を有していて、高さ方向に段差が設けられて、各ファセットが、光パイプ内部に導かれた光の小部分のみを反射するようになっている。この設計の利点は、光パイプの幅２７が相対的に小さいことであり、これは、ディスプレイ周りの‘ベゼル幅’が過度のものでないことが望ましいタッチ入力装置において重要である。しかしながら、これには、射出成形を介して正確に再現することが非常に困難である多数のシャープなコーナー及び凹部を備えていて、設計が複雑であるという重大な欠点がある。第二の問題は、単スリット回折の周知の原理に似て、ファセットに反射する光ビームの発散角が、そのファセットの高さに依存する点である。従って、光パイプ２１内のファセット２２の漸増する高さによって、反射ビームが、面外方向に漸増して変化する発散を有して、単純なシリンドリカルレンズ２６が、光シート４５を完全にコリメートすることができなくなる。
【００１５】
感知光のシートを発生させるために最小数の光源が用いられている更に単純な光学タッチ入力装置が、特許文献１３に開示されている。図２Ａに示されるように、タッチ入力装置は、矩形のフレーム９１を含み、二つの側部に沿った光源１１及び検出器５６のアレイ、対向する二つの側部上のパラボラ状反射器９２を備える。各光源から放出された光３５は、入力領域１３を横切って個々のパラボラ状反射器に向けて伝播し、Ｘ及びＹ次元の光のシート４５として、入力領域を横切って反射されて戻ってくる。残念ながら、この単純な構成は、入力領域の大部分において、タッチ対象６０が出て行く光３５を遮蔽するという不利な点があり、検出アルゴリズムが複雑になる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１６】
【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４９８８９８３号明細書
【特許文献４】米国特許第４５１７５５９号明細書
【特許文献５】米国特許第４８３７４３０号明細書
【特許文献６】米国特許第６５９７５０８号明細書
【特許文献７】米国特許第６３５１２６０号明細書
【特許文献８】米国特許第６１８１８４２号明細書
【特許文献９】米国特許第５９１４７０９号明細書
【特許文献１０】米国特許第７０９９５５３号明細書
【特許文献１１】米国特許第４０６８１２１号明細書
【特許文献１２】米国特許第５０５０９４６号明細書
【特許文献１３】米国特許第４９８６６６２号明細書
【特許文献１４】米国特許第７３５２９４０号明細書
【特許文献１５】米国特許第６９７２７５３号明細書
【特許文献１６】米国特許出願公開第２００８／０００６７６６号明細書
【特許文献１７】米国特許出願公開第２００８／００８８５９３号明細書
【特許文献１８】米国特許第５２３７６４１号明細書
【特許文献１９】米国特許第５３０３３２２号明細書
【特許文献２０】米国特許第５９１４７６０号明細書
【特許文献２１】米国特許第６５７６８８７号明細書
【特許文献２２】米国特許第６５９０６２５号明細書
【特許文献２３】米国特許第６２９５１０４号明細書
【特許文献２４】米国特許第６３７９０１７号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
本発明の課題は、従来技術の不利な点を少なくとも一つ克服若しくは改善すること、又は、有効な代替物を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
第一側面によると、本発明は入力装置用の透過性ボディを提供する。本ボディは、
光信号を実質的にコリメートするように構成されているコリメーション素子と、
光信号を実質的にリダイレクトするように構成されているリダイレクション素子とを備え、
これらの素子が、実質的にコリメートされた平坦な信号を生じさせるために、実質的に平坦な光信号を受信して、その光信号をコリメート及びリダイレクトするように配置されている。
【００１９】
好ましくは、これらの素子は、実質的にコリメートされた平坦な信号を生じさせるために、実質的に平坦な光信号を受信して、その光信号をリダイレクト及び透過させるように配置されている。好ましくは、これらの素子は、第一の平面内を伝播する実質的に平坦な光信号を受信し、その光信号を、第一の平面とは異なる第二の平面内に実質的にコリメートされた平坦な信号としてリダイレクトするように配置される。一実施形態では、第一及び第二の平面は実質的に平行である。他の実施形態では、実質的にコリメートされた平坦な信号が、第一の平面に対して実質的に平行で間隔の空けられた一つ以上の平面内にリダイレクトされる。更に他の実施形態では、実質的にコリメートされた平坦な信号が、実質的に平坦な光信号の光源に向けてリダイレクトされる。
【００２０】
第一側面による好ましい実施形態では、透過性ボディは、スペクトルの赤外又は可視領域の光に対して実質的に透明で、任意で周辺可視光に対して不透明な単体のプラスチック物質から形成される。
【００２１】
一実施形態では、第一側面による透過性ボディは、実質的に平坦な形状で光信号を受信し得る。他の実施形態では、第一側面による透過性ボディは、ＬＥＤのアレイ等の複数の光源から光を受信し得る。更に他の実施形態では、第一側面による透過性ボディは、冷陰極蛍光ランプ（ＣＣＦＬ，Ｃｏｌｄ  Ｃａｔｈｏｄｅ  Ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｔ  Ｌａｍｐ）から光を受信し得る。
【００２２】
第二側面によると、本発明は、入力装置用の透過性ボディを提供する。本ボディは、
（ａ）平坦な形状で光信号を受信、閉じ込め及び透過させるように構成されている透過性素子と、
（ｂ）光信号を実質的にコリメート及びリダイレクトするように構成されているコリメーション及びリダイレクション素子とを備え、
これらの素子は、光源からの光信号を受信して、その光信号をコリメート及びリダイレクトして、実質的に平坦な形状で実質的にコリメートされた信号を生じさせるように配置される。
【００２３】
第三側面によると、本発明は、入力装置用の透過性ボディを提供する。本ボディは、
（ａ）平坦な形状で光信号を受信、閉じ込め及び透過させるように構成されている透過性素子と、
（ｂ）光信号を実質的にコリメートするように構成されているコリメーション素子と、
（ｃ）光信号をリダイレクトするように構成されているリダイレクション素子とを備え、
これらの素子は、光源からの光信号を受信し、その光信号をコリメート及びリダイレクトして、実質的に平坦な形状で実質的にコリメートされた信号を生じさせるように配置されている。
【００２４】
好ましくは、透過性素子は、実質的に平坦であり、スラブ（厚板）の形状等が挙げられる。しかしながら、当然、透過性素子は以下の条件においていずれの形状ともなり得る。１）透過性素子が光源からの光信号を受信するように構成されていること、２）透過性素子が平坦な形状で信号を透過させるように構成されていること、３）透過性素子が、その外縁内に光信号を閉じ込めること。好ましい実施形態の一つでは、光源は、発散する光の点光源であり（以下で詳述するような）、実質的に平坦な透過性素子に光学的に結合されていて、光が透過性素子の狭い方の寸法には閉じ込められるが、透過性素子の広い方の寸法には自由に発散する。コリメーション素子及び／又はリダイレクション素子は、光源の反対側に沿って透過性素子の全幅に及び、理想的には、光は、透過性素子内部に十分に発散して、この反対側を‘満たす’。必要であれば、レンズを挿入して、これが生じることを確実なものとする。
【００２５】
一実施形態では、透過した実質的にコリメートされた平坦な信号は、存在する場合には透過性素子と、又は、受信された実質的に平坦な光信号と実質的に同一平面上にある平面内にリダイレクトされる。例えば、コリメートされた平坦な信号は、透過性ボディの一側にリダイレクトされ得る。しかしながら、代替実施形態では、実質的にコリメートされた平坦な信号は、透過性素子に対して実質的に平行で間隔の空けられた一つ以上の平面内にリダイレクトされる。この実施形態では、コリメートされた平坦な信号は、光源に向けて戻されるように、又は光源から離れるようにリダイレクトされ得る。実質的にコリメートされた平坦な信号全体がリダイレクトされることが好ましいが、更なる実施形態も検討され、実質的にコリメートされた平坦な信号の一部（又は複数の部分）のみがリダイレクトされる。好ましい実施形態では、実質的にコリメートされた平坦な信号が平坦な導波路内にリダイレクトされる。実質的にコリメートされた平坦な信号が、透過性素子に実質的に平行な平面内にリダイレクトされる場合、この平坦な導波路は、透過性素子と集積化可能である。
【００２６】
好ましい実施形態では、コリメーション素子及び／又はリダイレクション素子は、ミラー又はレンズの形状である。しかしながら、コリメーション素子及び／又はリダイレクション素子は、単一の光源から平坦な形状で実質的にコリメートされた複数の信号を生じさせるように構成されている複数のコリメーション素子及びリダイレクション素子であり得る。
【００２７】
好ましくは、光源は、発散する光信号を放出する点光源であり、例えばＬＥＤである。この場合、コリメーション素子は実質的にパラボラ状の反射器又は実質的に楕円形のレンズであることが好ましく、その焦点が光源に実質的に一致するように成形及び配置される。当業者にとって、上記構成が、本発明の透過性ボディが、実質的に平行な光線への発散する光信号のコリメーション、つまり光信号のコリメーションを提供することを可能にするということは明らかである。
【００２８】
透過性ボディは、実施形態に応じて、単体のボディ又は複数のボディのいずれかとして形成され得る。例えば、第一側面による実施形態に対して、透過性ボディは、単体のボディ又は一対のボディであり得る。第二又は第三側面による実施形態に対して、透過性ボディは、
１）コリメーション、リダイレクション及び透過性素子の三つ全てを備えた単体のボディ、
２）一対のボディであって、一方のボディはコリメーション、リダイレクション及び透過性素子のうちいずれか二つを備え、他方のボディは残りの素子を備える、一対のボディ、又は、
３）三つのボディであって、各ボディが、コリメーション、リダイレクション、透過性素子のうち一つのみを備える、三つのボディであり得る。
【００２９】
好ましい実施形態では、コリメーション素子及びリダイレクション素子は両方とも透過性素子の光学的に下流に存在している。しかしながら、当然、コリメーション素子及びリダイレクション素子の一方又は両方は、透過性素子の光学的に上流に存在し得る。しかしながら、当業者に明らかなように、この後者の実施形態における光源の相対的な位置及び指向精度は、十分な量の光信号が透過して、光信号が十分にコリメートされることを確実にするために、極めて正確なものであることが要求される。
【００３０】
第一の構成では、単一の光源が、第一側面による透過性ボディに光学的に結合されて提供される。当然、透過性ボディは、実質的にコリメートされた平坦な光信号の単一のシート又はラミナを提供する。その後、この実質的にコリメートされた平坦な信号は、入力を検出するための一つ以上の光検出素子内にリダイレクトされ得る。ここで、入力は、コリメートされた平坦な信号の遮断によって決定される。
【００３１】
更なる構成では、一対の光源が含まれ、透過性素子の隣接する側部上に互いに実質的に垂直な向きにされ得る。対になったコリメーション及びリダイレクション素子も、各光源に対して透過性素子の反対側に提供され得て、実質的に垂直な方向に伝播する一対の実質的にコリメートされた平坦な信号を提供する。一実施形態では、コリメートされた平坦な信号は同一平面上にあるが、コリメートされた平坦な信号は、互いに間隔が空けられた平行な平面内に存在し得る。
【００３２】
更に他の構成では、単一の光源が透過性素子に光学的に結合され、対に成ったコリメーション及びリダイレクション素子が、一対の実質的にコリメートされた平坦な信号を生じさせるように提供及び配置される。一配置では、一対の実質的にコリメートされた平坦な信号は、実質的に垂直な方向に伝播する。ここでも、このようなコリメートされた平坦な信号は、同一平面上にあるか、相互に間隔の空けられた平行な平面内に存在し得る。
【００３３】
当然、ディスプレイは、実質的にコリメートされた平坦な信号と透過性素子との間に配置され得るか、又は、透過性素子が透明の場合には、ディスプレイは、実質的にコリメートされた平坦な信号に対して透過性素子の反対側に配置され得る。この後者の実施形態では、透過性素子自体がタッチ表面を形成する。
【００３４】
更に他の構成では、単一の光源が、透過性素子に光学的に結合されて、コリメーション及びリダイレクション素子が、透過性素子の表面に提供された平坦な導波路内に光をリダイレクトする。この実施形態では、平坦な導波路がタッチ表面を形成し、入力は、平坦な導波路内に導かれる光量の減少によって決定される。
【００３５】
第四側面によると、本発明は、入力装置用の信号生成装置を提供する。本装置は、
光信号を提供するための光源と、
透過性ボディとを備え、該透過性ボディは、
（ａ）平坦な形状でその光信号を受信、閉じ込め及び透過させるように構成されている透過性素子と、
（ｂ）その光信号を実質的にコリメートするように構成されているコリメーション素子と、
（ｃ）その光信号をリダイレクトするように構成されているリダイレクション素子とを備え、
これらの素子は、光信号を受信して、その光信号を透過、コリメート及びリダイレクトして、実質的に平坦な形状で実質的にコリメートされた信号を生じさせる。
【００３６】
第五側面によると、本発明は入力装置を提供する。本装置は、
光信号を提供するための光源と、
（ａ）平坦な形状で光信号を受信、閉じ込め及び透過させるように構成されている透過性素子と、
（ｂ）光信号を実質的にコリメートするように構成されているコリメーション素子と、
（ｃ）光信号をリダイレクトするように構成されているリダイレクション素子とを備え、
これらの素子は、光信号を受信して、その光信号を透過、コリメート及びリダイレクトして、実質的に平坦な形状で実質的にコリメートされた信号を生じさせるように配置されて、その実質的にコリメートされた平坦な信号は、入力を検出するための少なくとも一つの光検出素子に向けられる。
【００３７】
光検出素子は、入力を検出するために、実質的にコリメートされた平坦な信号の少なくとも一部を受信するように構成されている。好ましくは、光検出素子は、少なくとも一つの検出器と光学的に通信する少なくとも一つの光導波路を備える。
【００３８】
好ましい実施形態では、透過性ボディは、信号光に対して実質的に透明な単体のプラスチック物質から形成される。好ましくは、この信号光はスペクトルの赤外領域にあり、この場合、プラスチック物質は任意で周辺可視光に対して不透明である。このような実施形態では、好ましくは、透過性ボディは射出成形される。しかしながら、当然、透過性ボディや、透過性素子、コリメーション素子及び／又はリダイレクション素子等の透過性ボディの部分は、ガラス等の他の物質から製造され得て、光学的的に互いに接続される。特に好ましい実施形態の一つでは、透過性素子はガラスから構成され、コリメーション及びリダイレクション素子は、単体の射出成形プラスチック物質から一緒に構成される。
【００３９】
第六側面によると、本発明は、実質的にコリメートされた平坦な形状の光信号を生じさせるための方法を提供する。本方法は、
光源から光信号を提供する段階と、
平坦な形状で光信号を受信、閉じ込め及び透過させる段階と、
光信号を実質的にコリメートする段階と、
光信号をリダイレクトする段階とを備える。
【００４０】
好ましくは、実質的に平坦な透過性素子は平坦な形状で光信号を閉じ込め及び透過させて、コリメーション素子は平坦な形状で光信号をコリメートして、リダイレクション素子は、実質的にコリメートされた平坦な信号をリダイレクトする。本側面において、透過性素子、コリメーション素子及びリダイレクション素子は透過性ボディを規定する。
【００４１】
好ましくは、第六側面による方法は、実質的にコリメートされた平坦な信号を、透過性素子に実質的に平行な平面内にリダイレクトする段階を更に備える。好ましくは、本方法は、実質的にコリメートされた平坦な信号を、透過性素子に対して実質的に平行で間隔の空けられた一つ以上の平面内にリダイレクトする段階を更に備える。一実施形態では、本方法は、光源（発散する光信号を提供する点光源）に向けて戻るように実質的にコリメートされた平坦な信号をリダイレクトする段階を更に備える。コリメーション素子は、一つ以上の実質的にパラボラ状の反射器又は一つ以上の実質的に楕円形のレンズを含み得て、各実質的にパラボラ状の反射器又は楕円形レンズは、その焦点が点光源に実質的に一致するように成形及び配置される。
【００４２】
他の実施形態では、本方法は、実質的に垂直な方向に伝播する一対の実質的にコリメートされた平坦な信号を提供するために、一対の光源、及び、対応して対になったコリメーション素子及びリダイレクション素子を提供する段階を備える。
【００４３】
他の実施形態では、本方法は更に、実質的に垂直な方向に伝播する一対の実質的にコリメートされた平坦な信号を提供するために、単一の光源、及び対になったコリメーション素子及びリダイレクション素子を提供する段階を備える。
【００４４】
第七側面によると、本発明は、実質的にコリメートされた平坦な形状の光信号を生じさせるための方法を提供する。本方法は、
（ａ）光源から光信号を提供する段階と、
（ｂ）第一、第二又は第三側面による透過性ボディ内に光源を光学的に結合させる段階とを備える。
【００４５】
本発明は、従来技術に対して顕著な利点を提供する。例えば、従来技術の装置における重大な課題の一つは、送信器及び受信器が特許文献１のような離散的な光学部品であろうとも、特許文献９のような導波路であろうとも、入力領域の平面内において送信器を受信器と整列させる必要性に関する。対照的に、本発明の送信信号は実質的にコリメートされた光のシート／ラミナであるので（好ましくは自由空間内に存在し、代替的には平坦な導波路内に導かれる）、その平面内において受信器を送信器に整列させる必要がなくなる。各受信器は、それ自体及び隣接する受信器のいずれかに向けられている光の一部を単純に受信し、光のシートの遮断を入力として記録する。
【００４６】
第八側面によると、本発明は、入力装置用の及びディスプレイを照明する用のアセンブリを提供する。本アセンブリは、入力装置用の光信号を供給するための第二又は第三側面による透過性ボディと、光源からディスプレイに光を受信及び分布させることによってディスプレイを照明するための、透過性素子に隣接する分布素子とを備える。
【００４７】
第九側面によると、本発明は、入力装置用の及びディスプレイを照明する用のアセンブリを提供する。本アセンブリは、入力装置用に信号を供給するために、光源から光信号を受信して、実質的に平坦な光信号を実質的にコリメート及びリダイレクトするように構成されているコリメーション及びリダイレクション素子内に、実質的に平坦な形状で光信号を閉じ込め及び透過させるように構成されている透過性素子を備えた透過性ボディと、光源からディスプレイに光を受信及び分布させることによってディスプレイを照明するための、透過性素子に隣接する分布素子とを備える。
【００４８】
好ましくは、分布素子から透過性素子内への光の漏れを低減するために、及び、透過性素子から分布素子内への光信号の漏れを低減するために、クラッド層が、透過性素子と分布素子との間に配置される。
【００４９】
一実施形態では、光を分布素子に供給するための光源と、光信号を透過性素子に供給するための光源とが、透過性素子の同じ側に配置されるように、分布素子が配置される。代替実施形態では、光を分布素子に供給するための光源と、光信号を透過性素子に供給するための光源とが、透過性素子の両側にそれぞれ配置されるように、分布素子が配置される。
【００５０】
好ましくは、光信号は、スペクトルの赤外領域の一つ以上の所定の波長を含み、光は、スペクトルの可視領域の一つ以上の所定の波長を含む。代替実施形態では、光信号及び光はそれぞれ、スペクトルの可視領域の一つ以上の所定の波長を含む。
【００５１】
一実施形態では、ディスプレイは、透過性素子の上方に配置される。しかしながら、ディスプレイは透過性素子の下方に配置され得る。
【００５２】
光を供給するための光源は、冷陰極蛍光ランプ又はＬＥＤアレイであり得て、光信号を供給するための光源は一つのＬＥＤまたは一群のＬＥＤであり得る。
【００５３】
第十側面によると、本発明は入力装置用の及びディスプレイを照明する用のアセンブリを提供する。本アセンブリは、第二又は第三側面による透過性ボディと、光を生じさせるための一つ以上の光源とを備える。光源が透過性素子の下方に配置されることによって、透過性素子を介してディスプレイが照明される。
【００５４】
第十一側面によると、本発明は、入力装置用の及びディスプレイを照明する用のアセンブリを提供する。本アセンブリは、光源からの光信号を受信して、実質的に平坦な光信号を実質的にコリメート及びリダイレクトするように構成されているコリメーション及びリダイレクション素子内に、実質的に平坦な形状でその光信号を閉じ込め及び透過させるように構成されている透過性素子を備えた透過性ボディと、光を生じさせるための一つ以上の光源とを備える。その光源が透過性素子の下方に配置されることによって、透過性素子を介してディスプレイが照明される。
【００５５】
好ましくは、本アセンブリは更に、透過性素子から一つ以上の光源への光の漏れを低減するために、又は、透過性素子内の光信号と一つ以上の光源との間の相互作用を低減するために、一つ以上の光源と透過性素子との間に配置されたクラッド層を備える。ここで、前記一つ以上の光源はＬＥＤである。ＬＥＤは、スペクトルの可視領域の一つ以上の所定の波長を生じさせ得る。好ましくは、ディスプレイは透過性素子の上方に配置される。
【００５６】
第十二側面によると、本発明は、入力装置用の信号を生じさせるための及びディスプレイを照明するための方法を提供する。本方法は、光源から光信号を提供する段階と、平坦な形状でその光信号を受信、閉じ込め及び透過させる段階と、その光信号を実質的にコリメートする段階と、入力装置用に実質的にコリメートされた光信号をリダイレクトする段階と、光源から光を提供する段階と、ディスプレイに対してその光を受信及び分布させることによってディスプレイを照明する段階とを備える。
【００５７】
第十三側面によると、本発明は、入力装置用の信号を生じさせるための及びディスプレイを照明するための方法を提供する。本方法は、入力装置用に光信号を供給するための光源を、第一、第二又は第三側面による透過性ボディに光学的に結合する段階と、透過性ボディに分布素子を結合する段階と、ディスプレイを照明するための光を提供するための光源に分布素子を光学的に結合する段階とを備える。
【００５８】
第十四側面によると、本発明は、入力装置用の信号を生じさせるための及びディスプレイを照明するための方法を提供する。本方法は、光源から光信号を提供する段階と、平坦な形状で光信号を受信、閉じ込め及び透過させる段階と、その光信号を実質的にコリメートする段階と、入力装置用に実質的にコリメートされた光信号をリダイレクトする段階と、一つ以上の光源から光を提供する段階と、その光をディスプレイに分布させることによってディスプレイを照明する段階とを備える。
【００５９】
第十五側面によると、本発明は、ディスプレイを照明するためのアセンブリを提供する。本アセンブリは、実質的に平坦な光を実質的にコリメート及びリダイレクトするように構成されているコリメーション及びリダイレクション素子内に、実質的に平坦な形状で光を受信、閉じ込め及び透過させるように構成されている透過性素子を備えた透過性ボディと、実質的に平坦なコリメートされた光をディスプレイに受信及び分布させることによってディスプレイを照明するように構成されている分布素子とを備える。
【００６０】
第十六側面によると、本発明は、ディスプレイを照明するためのアセンブリを提供する。本アセンブリは、実質的に平坦なコリメートされた光をディスプレイに分布させることによってディスプレイを照明するように構成されている分布素子に光学的に結合された、第一、第二又は第三側面による透過性ボディを備える。
【００６１】
第十七側面によると、本発明は、ディスプレイを照明するための方法を提供する。本方法は、光源から光を提供する段階と、実質的に平坦な形状でその光を受信、閉じ込め及び透過させる段階と、その光を実質的にコリメート及びリダイレクトする段階と、その実質的に平坦なコリメートされた光をディスプレイに分布させることによってディスプレイを照明する段階とを備える。
【００６２】
第十八側面によると、本発明は、光源からの光でディスプレイを照明するための方法を提供する。本方法は、第一、第二又は第三側面による透過性ボディに光源を光学的に結合する段階と、実質的に平坦なコリメートされた光をディスプレイに分布させることによってディスプレイを照明するための分布素子に透過性ボディを光学的に結合する段階とを備える。
【００６３】
第十九側面によると、本発明は、入力装置用の及びディスプレイを照明する用の透過性ボディを提供する。本ボディは、入力装置用に実質的に平坦な光信号をリダイレクトするように構成されているリダイレクション素子に対して、実質的に平坦な形状で光信号の第一の部分を受信、閉じ込め及び透過させるように構成されている透過及び分布素子を備える。この透過及び分布素子は同時に、ディスプレイに光信号の第二の部分を分布させることによってディスプレイを照明する。
【００６４】
第十九側面による透過性ボディの一実施形態では、ディスプレイは透過及び分布素子の上方に配置され得る。しかしながら、代替実施形態では、ディスプレイは、透過及び分布素子の下方に配置され得る。関連する実施形態では、入力装置用の及びディスプレイを照明する用の透過性ボディは更に、透過及び分布素子の上方に位置し光信号に対して透明なタッチ表面を備え得る。
【００６５】
第二十側面よると、本発明は、入力装置用の及びディスプレイを照明する用のアセンブリを提供する。本アセンブリは、入力装置用に実質的な平坦な光の第一の部分をリダイレクトするのと同時に、ディスプレイを照明する用の分布素子に光に供給するために実質的に平坦な光の第二の部分をリダイレクトするように構成されているリダイレクション素子に対して、実質的に平坦な形状で光を受信、閉じ込め及び透過させるように構成されている透過性素子を備える。
【００６６】
第二十側面によるアセンブリの一実施形態では、ディスプレイ及び分布素子は透過性素子の上方に配置され得る。代わりに、ディスプレイは、透過性素子と、その透過性素子の上方に位置する分布素子との下方に配置され得る。関連する実施形態では、本アセンブリは更に、分布素子の上方に位置し光に対して透明なタッチ表面を備え得る。光は、冷陰極蛍光ランプ又はＬＥＤアレイによって供給され得る。
【００６７】
第二十一側面によると、本発明は、入力装置用の信号を生じさせるための及びディスプレイを照明するための方法を提供する。本方法は、光源から光を提供する段階と、実質的に平坦な形状でその光を受信、閉じ込め及び透過させる段階と、入力装置用に実質的に平坦な光の第一の部分をリダイレクトするのと同時に、ディスプレイに実質的に平坦な光の第二の部分を分布させることによってディスプレイを照明する段階とを備える。
【００６８】
第二十二側面によると、本発明は、入力装置用の信号を生じさせるための及びディスプレイを照明するための方法を提供する。本方法は、光源から光を提供する段階と、実質的に平坦な形状で光を受信、閉じ込め及び透過させる段階と、入力装置用に実質的に平坦な光の第一の部分をリダイレクトするのと同時に、ディスプレイに実質的に平坦な光の第二の部分を分布させることによってディスプレイを照明するためにその第二の部分をリダイレクトする段階とを備える。
【００６９】
第二十三側面によると、本発明は、入力装置用のアセンブリを提供する。本アセンブリは、光信号をコリメート及びリダイレクトして実質的にコリメートされた平坦な信号を生じさせるために、光源からの光信号を受信し、実質的に平坦な形状でその光信号を、第一側面による透過性ボディ内に閉じ込め及び透過させるように構成されている透過性素子を備える。
【００７０】
第二十四側面によると、本発明は、入力装置用の信号生成装置を提供する。本装置は、コリメートされた信号を提供するための光源と、実質的に平坦な形状でコリメートされた信号を捕捉及びリダイレクトするための透過性ボディとを備える。一実施形態では、信号源は点光源である。しかしながら、他の実施形態では、信号源は線光源である。好ましくは、信号源はコリメートされた光信号を生じさせる。好ましくは、透過性ボディは、光信号を受信及びリダイレクトするためのリダイレクション素子を含む。好ましくは、透過性ボディは、光信号を受信及びコリメートするためのコリメーション素子を含む。好ましくは、透過性ボディは、平坦な形状で光信号を捕捉及び透過させるための透過性素子を含む。
【００７１】
特に断らない限り、明細書及び特許請求の範囲全体にわたって、‘備える’、‘有する’等の用語は、排他的又は完備的な意味とは逆に、包括的な意味を成すものであり、つまり、‘含む（これに限られるものではない）’との意味を成すものである。
【００７２】
その動作例以外において、又は特に断らない限り、本願で用いられる量を表す数字は全て、“略”との用語によって全ての場合において変更されるものと理解される。例は本発明の範囲を限定するものではない。
【００７３】
以下で説明する添付図面を参照して、単に例示目的で、本発明の好ましい実施形態をこれから説明する。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】従来技術の導波路に基づいた光学タッチ入力装置の平面図を示す。
【図２】送信側に光パイプを含む従来技術の光学タッチ入力装置の平面図を示す。
【図２Ａ】パラボラ状反射器を含む従来技術の光学タッチ入力装置の平面図である。
【図３】本発明の第一実施形態による透過性ボディの平面図を示し、光源に光学的に結合されていて、実質的にコリメートされた平坦な信号が生じているのが示されている。
【図４】図３に示されるような装置の側面図である。
【図５】図３に示されるような装置の斜視図である。
【図５Ａ】図３のものと同様の平面図を示すが、透過性素子内に埋め込まれた光源を備える。
【図５Ｂ】図３のものと同様の平面図を示すが、透過性素子のスロット内に配置された光源を備える。
【図６】図５と同様の図であるが、実質的にコリメートされた平坦な信号の一部のみがリダイレクトされている。
【図６Ａ】コリメーション素子として楕円形レンズを含む透過性ボディの平面図を示す。
【図６Ｂ】楕円形レンズ表面における屈折の幾何学を示す。
【図７】図５と同様の図であるが、実質的にコリメートされた平坦な信号が二平面にリダイレクトされていて、一方は透過性素子の下方、他方は透過性素子の上方に示されている。
【図７Ａ】図４と同様の図であるが、実質的にコリメートされた平坦な信号が、透過性素子に集積された平坦な導波路内にリダイレクトされて示されている。
【図７Ｂ】図７Ａと同様の図であるが、平坦な導波路と透過性素子との間にクラッド層が示されている。
【図７Ｃ】図４と同様の図であるが、実質的にコリメートされた平坦な信号の僅かな面外発散が示されている。
【図７Ｄ】図７Ｃと同様の図であるが、如何にしてシリンドリカルレンズファセットを透過性ボディ内に取り入れて、実質的にコリメートされた平坦な信号の面外発散を制限するのかが示されている。
【図７Ｅ】図７Ｃと同様の図であるが、傾斜の異なるリダイレクション素子が示されている。
【図８】図３と同様の図であるが、互いに実質的に垂直に向けられた一対の光源と、実質的に垂直な方向に伝播する一対の実質的にコリメートされた平坦な信号を提供するための対応する対になったコリメーション及びリダイレクション素子とが示されている。
【図９】図８に示されるような透過性ボディの側断面図であり、相互に間隔の空けられた実質的に平行な平面内を伝播する実質的にコリメートされた平坦な信号が示されている。
【図１０】実質的に垂直な方向に伝播する一対の実質的にコリメートされた平坦な信号を提供するために、単一の光源及び対に成ったコリメーション及びリダイレクション素子を有する透過性ボディの平面図である。
【図１１】図１０に示されるような透過性ボディの側面図であり、実質的にコリメートされた平坦な信号が同一平面上に存在している。
【図１２】図８に示されるのと同様の図であるが、二つの検出器アレイと、タッチによる実質的にコリメートされた平坦な信号の遮断が示されている。
【図１３】図１２に示されるような装置の側面図である。
【図１４】図１２に示されるような実施形態の代替実施形態である。
【図１５】図１４と同様の図であるが、タッチによる実質的にコリメートされた平坦な信号の遮断が示されている。
【図１６】図１３と同様の図であるが、実質的にコリメートされた平坦な信号に対して、透過性素子の反対側に配置されたディスプレイが示されている。
【図１７】図１３と同様の図であるが、実質的にコリメートされた平坦な信号と透過性素子との間に配置されたディスプレイが示されている。
【図１８Ａ】第一の好ましい実施形態による透過性ボディの平面図である。
【図１８Ｂ】第一の好ましい実施形態による透過性ボディの側面図である。
【図１８Ｃ】第一の好ましい実施形態による透過性ボディの斜視図である。
【図１９Ａ】第二の好ましい実施形態によるコリメーション／リダイレクション素子の平面図である。
【図１９Ｂ】第二の好ましい実施形態によるコリメーション／リダイレクション素子の側図である。
【図１９Ｃ】第二の好ましい実施形態によるコリメーション／リダイレクション素子の斜視図である。
【図２０】図１９Ａ、１９Ｂ、１９Ｃのコリメーション／リダイレクション素子を含む透過性ボディの側面図である。
【図２１】図１９Ａ、１９Ｂ、１９Ｃのコリメーション／リダイレクション素子を含む他の透過性ボディの側面図である。
【図２２】セグメント化パラボラ状反射器を備えた透過性ボディの平面図である。
【図２３】複数のパラボラ状反射器部分を備えた透過性ボディの平面図である。
【図２４】収束レンズを取り入れた透過性ボディの平面図である。
【図２５】信号入力用のテーパ部分を取り入れた‘二重パス’透過性ボディの平面図である。
【図２６】図２５の透過性ボディの側面図である。
【図２７】‘二重パス’透過性ボティの側面図であり、信号光がパラボラ状反射器を介して放たれている。
【図２８】‘ゼロベゼル高さ’透過性ボディの側面図である。
【図２８Ａ】本発明の一実施形態による透過性ボディの平面図を示し、延在した光源に光学的に結合されていて、実質的に平坦な信号が生じているのが示されている。
【図２８Ｂ】図２８Ａに示される装置の側面図である。
【図２８Ｃ】図２８Ａに示される装置の斜視図である。
【図２８Ｄ】図２８Ａのものと同様の図であるが、延在した光源を近似する点光源のアレイを有している。
【図２９】典型的な従来技術のバックライトユニットの断面図であり、光を分布素子に供給するために冷陰極蛍光ランプ（ＣＣＦＬ）が採用されている。
【図３０Ａ】典型的な従来技術のＬＥＤバックライトシステムのエッジリット式である。
【図３０Ｂ】典型的な従来技術のＬＥＤバックライトシステムのバックリット式である。
【図３１】図２９と同様の図であるが、ＣＣＦＬが本発明による透過性ボディに置換されている。
【図３２Ａ】分布素子に結合された本発明による透過性ボディの斜視図であり、如何にしてＬＥＤ等の単一の光源からの光が、ディスプレイ（図示せず）を照明するために分布素子から分布するのかが示されている。
【図３２Ｂ】分布素子に結合された本発明による透過性ボディの斜視図であり、如何にしてＬＥＤ等の単一の光源からの光が、ディスプレイ（図示せず）を照明するために分布素子から分布するのかが示されている。
【図３３Ａ】図３２Ａと同様であるが、多重照明性能が示されている。
【図３３Ｂ】図３２Ｂと同様であるが、多重照明性能が示されている。
【図３４Ａ】図３２Ａと同様であるが、ディスプレイ（図示せず）を照明するための、本発明による透過性ボディ及び分布素子の分解図が示されている。
【図３４Ｂ】図３２Ｂと同様であるが、ディスプレイ（図示せず）を照明するための、本発明による透過性ボディ及び分布素子の分解図が示されている。
【図３５】図３２Ｂと同様の図であるが、空間を節約するために‘巻かれた’本発明による透過性ボディの透過性素子が示されている。
【図３６】図３５に示される装置の側断面図である。
【図３７】図３５及び３６に示される透過性ボディの斜視図であり、特に、ＬＥＤ光源の位置（破線）が示されている。
【図３８】本発明による透過性ボディの平面図であり、単一の点光源として有効に機能する多数の点光源の集合体が示されている。
【図３９】本発明による透過性ボディの平面図であり、光を対応するコリメーション及びリダイレクション素子に供給する複数の光源のアレイが示されている。
【図４０Ａ】図８と同様の図である。
【図４０Ｂ】ディスプレイを照明するための光を提供するための、図４０Ａに示されるような透過性ボディと共に使用される分布素子の斜視図である。
【図４１Ａ】図１０と同様の図である。
【図４１Ｂ】ディスプレイを照明するための光を提供するための、図４１Ａ（又は図４０Ａ）に示されるような透過性ボディと共に使用される分布素子の斜視図である。
【図４２】ディスプレイのバックライト及びタッチ検出の両方用に光を分布させるのに適した装置の側面図である。
【図４３】ディスプレイのバックライト及びタッチ検出の両方用に光を分布させるのに適した装置の側面図である。
【図４４】ディスプレイのバックライト及びタッチ検出の両方用に光を分布させるのに適した装置の側面図である。
【図４５】ディスプレイのバックライト及びタッチ検出の両方用に光を分布させるのに適した装置の側面図である。
【図４６】ディスプレイのフロントライト及びタッチ検出の両方用に光を分布させるのに適した装置の側面図である。
【図４７】ディスプレイのフロントライト及びタッチ検出の両方用に光を分布させるのに適した装置の側面図である。
【図４８】ディスプレイのフロントライト及びタッチ検出の両方用に光を分布させるのに適した装置の側面図である。
【図４９】ディスプレイのフロントライト及びタッチ検出の両方用に光を分布させるのに適した装置の側面図である。
【図５０】ディスプレイのバックライト及びタッチ検出の両方用に光を分布させるのに適した他の装置の側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００７５】
［定義］
本発明の明細書及び特許請求の範囲において、以下の定義に従って、用語を用いる。また、本願で用いられる用語は、本発明の特定の実施形態のみを説明する目的のものであり、限定することを意図したものではないことを理解されたい。特に断らない限り、本願で用いられる全ての科学技術用語は、本発明の属する分野の通常の知識を有する者によって一般的に理解されるものと同じ意味を有する。
【００７６】
平面、シート、ラミナとの用語は、本願において相互可換に用いられ得る。これらの用語は、光信号の物理的寸法を指称する際に用いられ、光の個々の光線が明確で実質的に平行な経路に沿って互いに伝わるような光ビームの実質的なコリメーションや閉じ込めを指称することを意図したものである。好ましくは、光信号は、断面において、平面／シート／ラミナが実質的に矩形になるようにコリメートされる。しかしながら、当然のように、本発明はそのプロファイルに限定されるものではなく、菱形等の他のプロファイルも本発明の範囲内にある。
【００７７】
実質的との用語が、例えば実質的にコリメートされた信号との用語で、明細書全体にわたって用いられる際に、これは、本願で説明されるような光学装置における当然の変動であると当業者が理解するものと一致する程度の変動のことを指称する。数又は表現を定性化するための実質的との用語の使用は、数／表現が正確な値をとして解釈されないようにすることの単なる明示である。
【００７８】
同じ参照符号が全体にわたって同じ部分を指称している図面をこれから参照する。上述のように、図１に示されるタイプの導波路に基づいた光学タッチスクリーンセンサには、信号対ノイズの問題があり、その性能は明るい周辺光条件において損なわれる。また、特に送信導波路１０及び受信導波路１４のアレイにおいてコストを削減する必要があり、アセンブリ中に送信及び受信導波路を注意深く整列させる要求を回避する必要がある。
【００７９】
図３、４、５はそれぞれ、本発明の第一実施形態による入力装置用の実質的に平坦な透過性ボディ３０の平面図、側面図、斜視図である。透過性ボディ３０は、光源３８から光信号３５を平坦な形状で受信、閉じ込め及び透過させるように構成されている透過性素子３３を備える。透過性ボディ３０は更に、光信号３５を実質的にコリメートするように構成されているコリメーション素子４０と、光信号をリダイレクト（方向転換）させるように構成されているリダイレクション素子４２とを備える。これらの素子は、光信号３５を受信して、その光信号を、出射面６７から実質的に平坦な形状で、実質的にコリメートされた信号４５として変換及び透過させるように配置される。当然、光源３８から放出され透過性素子３３内部に閉じ込められた光信号３５の発散角は、コリメーション素子４０及びリダイレクション素子４２の全幅が‘満たされる’（つまり、照明される）のに十分大きいものであることが望ましい。一般的に、発散角は、光の一部を無駄にして、コリメーション素子及びリダイレクション素子が幾分‘過剰に満たされる’ように十分大きい。
【００８０】
図５Ａに示される代替実施形態では、光源３８は、透過性素子３３のエッジに形成された凹部３１内に位置する。必要であれば、コリメーション素子４０及びリダイレクション素子４２を‘満たす’ように光信号３５が透過性素子３３内部に分散することを確実にするため、凹部３１は、レンズ機能を提供するように特別な形に形成可能である。代わりに又は追加で、凹部３１は、光源を固定し反射損失を減じるように、透明接着剤３２を含み得る。図５Ｂに示される他の代替実施形態では、光源３８が、透過性素子３３内のスロット３４内に位置し、スロットは任意で透明接着剤３２で充填されている。
【００８１】
好ましくは、透過性ボディ３０は、光信号３５が、全内部反射（ＴＩＲ，ｔｏｔａｌ  ｉｎｔｅｒｎａｌ  ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ）を介して各反射表面（つまり、コリメーション素子４０及びリダイレクション素子４２）に反射するように設計される。これには、各入射角が、臨界角θｃよりも大きいことが必要である。臨界角はｓｉｎθｃ＝ｎ２／ｎ１で与えられ、ｎ１は、透過性ボディが構成される物質の屈折率であり、ｎ２は周辺媒体の屈折率である。大抵のポリマーは〜１．５の屈折率を有するので、周辺媒体が空気（つまりｎ２〜１．０）であると、θｃは略４２°になる。ＴＩＲ条件を満たすことができない場合、反射表面を金属化し得る。
【００８２】
図５に示されるような実施形態では、実質的にコリメートされた平坦な信号４５が、透過性素子３３に実質的に平行な平面内にリダイレクトされ、光源３８に向かって戻される。しかしながら、図６に示されるような他の実施形態では、実質的にコリメートされた平坦な信号４５の一部のみがリダイレクトされる。
【００８３】
図７に示されるような、更に他の実施形態では、実質的にコリメートされた平坦な信号４５が、二つの平面内にリダイレクトされ、一方は透過性素子３３の上方、他方はその下方である。図７Ａに示されるような、更に他の実施形態では、実質的にコリメートされた平坦な信号４５は、透過性素子３３に集積された平坦な導波路９１内にリダイレクトされる。平坦な信号を導くため、平坦な導波路９１は、透過性素子よりも高い屈折率を有する必要がある。この屈折率の関係で、透過性素子内に導かれた光信号３５の一部が平坦な導波路内に結合されるが、この影響は、平坦な導波路が透過性素子よりもはるかに薄いという条件において、小さい。この結合は、図７Ｂに示される代替実施形態では本質的に排除される。平坦な導波路９１及び透過性素子３３は、その平坦な導波路及び透過性素子の両方のものよりも低い屈折率を有する‘クラッド’層９２によって互いに光学的に絶縁される。平坦な導波路及びクラッド層は、当該分野において既知のいくつかの方法のうちいずれかによって透過性素子上に形成可能であり、液相堆積法（例えばスピンコーティング）、気相堆積法（例えば化学気相堆積）、イオン拡散が挙げられる。
【００８４】
好ましくは、光源３８は、発散する光信号を放出する点光源（例えばＬＥＤ）である。光源３８が発散する光信号を提供する場合、コリメーション素子４０は、実質的にパラボラ状の反射器となるように選択されることが好ましく、その焦点が光源に実質的に一致するように成形され、配置される。この構成によって、本発明の透過性ボディ３０が、実質的に平行な光線内への発散する光信号３５のコリメーション、つまり、光信号４５へのコリメーションを提供することが可能になる。代替構成では、図６Ａに示されるように、コリメーション素子４０は、リダイレクション素子４２の後方に位置する楕円形レンズ６１であり、光源３８に実質的に一致する‘遠い方の焦点’を備える。図６Ｂを参照して更に説明するため、楕円を平面状の軌線として定義して、曲線状のあらゆる点から二つの固定点までの距離の和が一定であり、その二つの固定点を焦点６２及び６３と指称する。より屈折率の高い媒体が、二つの媒体の屈折率の比に等しい離心率を有する楕円の一部である表面によって境界が与えられているという条件、及び、点光源が遠い方の焦点６２に位置しているという条件において、平坦で屈折率の高い媒体６４内に位置する点光源３８から発した光は、より屈折率の高い媒体の平面にコリメートされたビーム６８として、より屈折率の低い媒体６６内に現れる。当業者にとって、遠い方の焦点との用語が単にレンズ表面６１から更に遠い焦点を指称するものであることは明らかである。図６Ａを再び参照すると、光源３８と楕円形レンズ表面６１との間の光路がリダイレクション素子４２によって折り畳まれているが、図６Ｂに示される幾何学的構成が当てはまることは明らかである。
【００８５】
現実の光源の発光表面はゼロではない寸法を有しているので、‘点光源’との概念が理想的なものであることは当業者にとって明らかである。この明細書の目的のため、光源３８は、その発光表面が透過性ボディ３０の少なくとも一つの寸法と比較して小さい場合には、点光源であると見なされる。
【００８６】
当然、コリメーション素子４０は、光をリダイレクション素子４２に向けるような角度にされることが望ましい。コリメーション素子４０及びリダイレクション素子４２の順番は逆にすることが可能である。代わりに、コリメーション素子及びリダイレクション素子は、コリメーション及びリダイレクション機能の両方を果たす単一の‘コリメーション／リダイレクション素子’に組み合わせられ得る。
【００８７】
また、好ましくは、図４に示されるように、実質的にコリメートされた平坦な信号４５は、垂直方向にコリメートされることが望ましい。しかしながら、実際には、図７Ｃに示されるように、その発散角は十度のオーダの比較的小さいものではあるが、信号４５は垂直方向にある程度の発散を有することが多い。これは、リダイレクション素子４２によって定義される‘出射孔’が一般的に、１ｍｍのオーダと非常に大きい（光学的な意味において）からである。この明細書の目的のため、垂直方向に僅かに発散する信号４５は、依然として、平坦な信号、つまり光のラミナ又はシートであると見なされる。垂直分散が僅かであるにも関わらず、分散する信号４５の一部が、透過性素子３３の上面に反射し、タッチ対象の周辺に漏れて、タッチ検出に問題を生じさせる可能性がある（例えば、図１３の検査から明らかになるように）。この垂直分散は、例えば、出射面６７上（図７Ｄに示されるように）又はリダイレクション素子４２上に適切なシリンダー状の曲率を課すことによって、減少可能である。代わりに、図７Ｅに示されるように、リダイレクション素子４２の傾斜を、発散する信号４５が、透過性素子３３の上面に反射しないように変更させ得る。
【００８８】
透過性素子３３は、矩形シートとして示されているが、光信号３５の発散角の外側に位置する領域は、必要であれば、除去され得る。
【００８９】
図８及び９を参照すると、一対の光源３８が、透過性素子３３の隣接する辺の上に互いに垂直な向きで提供されている。対になったコリメーション素子４０及びリダイレクション４２も、各光源３８に対して透過性素子３３の相互に対向する辺の上に提供されて、実質的に垂直な方向に伝播する一対の実質的にコリメートされた平坦な信号４５が提供される。図９に示される実施形態では、実質的にコリメートされた平坦な信号４５は、互いに間隔の空けられた平行な面内に存在している。図１０及び１１に示されるような更に他の構成では、光源３８が透過性素子３３の角付近に提供され、対になったコリメーション素子４０及びリダイレクション素子４２が、実質的に垂直な方向に伝播する一対の実質的にコリメートされた平坦な信号４５を提供するために、透過性素子３３上に提供及び配置されている。図１１に示される実施形態では、コリメートされた平坦な信号４５は同一平面上にある。
【００９０】
或る種の状況では、二つの実質的にコリメートされた平坦な信号４５が、異なる平面内に在ることが望ましく、例えば、‘Ｚ軸’感度（タッチする対象の近づく速度や角度）が望まれる場合や、虫等の小型の物体からの誤タッチに対する保護の場合である。また、当然、図８に示される実施形態は、一対の‘単一軸’透過性ボディ（図３に示されるような）を９０°回転させて単純に重なることによっても得られる。
【００９１】
図１２及び１３を参照すると、本発明は、実質的にコリメートされた平坦な信号４５が入力領域５０を画定し、入力６０を検出するための少なくとも一つの光検出手段５５に向けられているタッチ入力装置も提供する。入力は、コリメートされた平坦な信号４５の遮断によって決定される。タッチ検出手段５５は、入力を検出するために、実質的にコリメートされた平坦な信号４５の少なくとも一部を受信するように構成されている。この形態のタッチ入力装置は、例えば、デジタイザタブレットとしての応用を有し得る。図１２及び１３に示される実施形態では、第一及び第二の光検出手段５５が存在し、そのうち少なくとも一方は、入力領域の二つの‘受信’サイドのそれぞれに隣接する少なくとも一つの個々の光検出器５６を含む。好ましくは、第一及び第二の光検出手段はそれぞれ、‘受信’サイドに隣接する光検出器５６のアレイを含む。光源３８から光検出器５６への光漏れが問題となると考えられる場合、不透明シート５７の追加によってこれを減じ得る。図１２及び１３に示されるタッチ入力装置は、図２Ａの従来技術の装置に対して重要な利点を提供する。何故ならば、出て行く光３５が透過性素子３３内に導かれるので、タッチ対象６０によって遮蔽され得ないからである。透過性素子に接触している対象は、一部の状況において出て行く光３５の誘導と干渉し得るが、これは実際には非常に小さい影響である。透過性素子は、機械的強度のため十分な厚さ（０．５ｍｍ以上のオーダ）を有することが必要とされるが、これは、出て行く光の極僅かしか外部結合しないバルク光学系光パイプとして動作する。透過性ボディが図７Ａに示されるような平坦な導波路９１を含む場合には、状況は全く異なる。エバネッセント光導波路センサの分野の当業者にとって、平坦な導波路が１０μｍのオーダのシングルモード又は‘少数モード’であるのに十分薄いという条件で、平坦な導波路内にコリメートされた信号４５の大部分が、タッチ対象によって外部結合されるということは明らかである。
【００９２】
図１４及び１５は、図１２及び１３に示されるものの代替実施形態を提供する。この実施形態では、第一及び第二の光検出手段５５のうち少なくとも一つが、‘受信’サイドから離れた多重素子検出器１５と光学的に通信する少なくとも一つの光導波路１４を備える。好ましくは、第一及び第二の光検出手段はそれぞれ、共通の多重素子検出器１５と光学的に通信する光導波路１４のアレイを備える。代わりに、第一及び第二の光検出手段のそれぞれは、独自の多重素子検出器を有し得る。当該分野で知られているように、各導波路１４は、水平な平面内に光を合焦する面内合焦レンズ１６と関連し得る。代わりに、本願に参照として組み込まれる特許文献１４に開示されているように、各導波路は、水平な平面内に光を合焦する面内合焦ミラーに関連し得る。更に、図１を参照して、垂直な平面内に光を合焦するために、各受信サイドに沿った外部垂直コリメートレンズ１７が存在し得る。好ましくは、導波路１４は集積光導波路であるが、光ファイバも使用され得る。
【００９３】
光検出手段５５の形状に関わりなく、入力領域５０内のタッチとしての入力６０は、二つの光のシート４５のそれぞれの一部を遮蔽し、影の位置から入力位置を求めることができる。二つの光のシート４５が、透過性素子３３の上面からかなり離れている場合、ディスプレイ装置は、上面上の直接タッチのみならず、‘ニアタッチ’にも敏感であることは留意されたい。このような‘ニアタッチ’感度を用いて、例えば、抵抗タッチパネル等の他の機構によって動作するタッチパネルに、追加の‘ホバーモード’機能を提供するという利点が与えられる。
【００９４】
ＬＣＤ等のディスプレイ６５は、図１６に良く示されているように、実質的にコリメートされた平坦な信号４５に対して透過性素子３３の反対側に配置されるか、又は、図１７に良く示されるように、実質的にコリメートされた平坦な信号４５と透過性素子３３との間に配置され得る。前者の場合、透過性素子３３は、可視光に対して透明であり、タッチ表面を形成する必要がある。
【００９５】
特定の好ましい実施形態では、透過性ボディ３０が、信号光に対して実質的に透明なプラスチック物質の単体の要素から成る。好ましくは、透過性ボディが周辺可視光に対して任意で不透明になるように、信号光はスペクトルの赤外領域内にある。現実的な縮尺の単体の透過性ボディ３０が、図１８Ａ（平面図）、１８Ｂ（側面図）及び１８Ｃ（斜視図）に示されている。この単体の透過性ボディは、平面の寸法が６５ｍｍ×８２ｍｍで厚さ０．７ｍｍの透過性素子３３を含み、点光源からの光を受光する入射面７０と、二つの内部反射ファセット７２、７３及び実質的にコリメートされた平坦な信号が放出される出射面６７を備えたコリメーション／リダイレクション部７１とを有する。出射面６７は、透過性素子３３の上に０．７ｍｍ延伸している。内部反射ファセット７２、７３は組み合わさって、実質的にパラボラ状の曲率を有して、透過性素子３３によって導かれた光をコリメート及びリダイレクトする機能を果たす。つまり、内部反射ファセットは組み合わさって、コリメーション素子及びリダイレクション素子として機能する。この単体の透過性ボディは、射出成形によってプラスチック物質から製造するのが比較的単純である。図３、４及び５の対比から、図１８Ａ、１８Ｂ及び１８Ｃに示される特定の透過性ボディは、単一の方向に伝播するコリメートされた信号４５のみを生じさせることは明らかである。しかしながら、これは単に図面の簡単のためであって、透過性素子３３の隣接するサイド上に二つのコリメーション／リダイレクション部７１を備えた二方向バーションを製造することは簡単である。
【００９６】
他の好ましい実施形態では、透過性ボディは、一対のボディとして形成され、別々に製造された透過性素子、コリメーション／リダイレクション素子を有する。図１９Ａ（平面図）、１９Ｂ（側面図）、１９Ｃ（斜視図）に示されるように、射出成形によってプラスチック物質から形成されたコリメーション／リダイレクション素子７４は、別個の透過性素子からの光を受信するための入射面７５と、透過性素子を固定するためのペデスタル７６と、二つの内部反射ファセット７２、７３と、出射面６７とを含み、図１８Ａ、１８Ｂ、１８Ｃを参照して上述したように機能する。特定の一設計では、入射面７５及び出射面６７はそれぞれ、６５ｍｍ×０．７ｍｍで、ペデスタル７６は、入射面から３ｍｍ延伸している。図１９Ｂに示される実施形態では、表面７３Ａ及び７３Ｂは両方とも表面７３Ｃに平行である。一方、代替実施形態では、これら両方が表面７３Ｃに対して１°のオーダで僅かに傾斜していて、反射ファセット７２、７３によって構成される端部において表面から更に離れているようになる。これは、素子７４を型から外すのを補助するものであって、素子のコリメーション及びリダイレクション性能に重大な影響を与えるものではない。
【００９７】
一実施形態では、１９Ａ（平面図）、１９Ｂ（側面図）、１９Ｃ（斜視図）に示されるような透過性ボディは、光源から発散する光信号を受信するための入射面と、光信号を実質的にコリメート及びリダイレクトするように構成されているコリメーション及びリダイレクション素子と、光信号を実質的な平坦な形状で実質的にコリメートされた信号として透過させるための出射面とを備える。他の実施形態では、透過性ボディは、光源から発散する光を受信するための入射面と、光信号を実質的にコリメートするように構成されているコリメーション素子と、光信号をリダイレクトするように構成されているリダイレクション素子と、光信号を実質的に平坦な形状で実質的にコリメートされた信号として透過させるための出射面とを備える。好ましくは、透過性ボディは更に、実質的に平坦な透過性素子を入射面に光学的に結合されるための結合手段を備え、発散する光が、透過性素子の平面内で発散する。好ましくは、結合手段はペデスタルを含む。好ましくは、実質的にコリメートされた平坦な信号は、透過性素子の平面に平行な平面内にリダイレクトされる。
【００９８】
他の側面では、本発明は、光源３８からの光信号３５を受信し実質的に平坦な形状でその光信号を透過性ボディ（光信号を実質的にコリメートするように構成されているコリメーション素子を備える）内に閉じ込め及び透過させるように構成されている透過性素子と、光信号を実質的にリダイレクトするように構成されているリダイレクション素子とを備えた入力装置用のアセンブリを提供する。これらの素子は、実質的に平坦な光信号を受信して、光信号をコリメート及びリダイレクトして、実質的にコリメートされた平坦な信号を生じさせるように構成されている。好ましくは、透過性素子は、タッチスクリーン又はディスプレイの外部ガラス又はプラスチックプレートである。
【００９９】
図２０に示されるように、透過性ボディ３０は、３Ｍ製のＶＨＰ転写テープ等の両面感圧テープ７７を用いて、コリメーション／リダイレクション素子７４を透過性素子３３に結合することによって、製造される。必要であれば、透過性素子と入射面７５との間の界面を光学接着剤で充填し得る。この実施形態では、透過性素子３３は、ガラスの単純な矩形シートから成る。ガラスは、ポリマー物質から成る場合よりも、傷に強く、下方のディスプレイにより頑丈な保護を提供する。しかしながら、後述のように、透過性素子がポリマー製であることが好ましい場合がある。当然、二つのコリメーション／リダイレクション素子７４を透過性素子３３の隣接する側に結合することによって、二方向透過性ボディを製造することができる。代わりに、単一のＬ字型コリメーション／リダイレクション素子を透過性素子に対してモールド及び結合させ得る。
【０１００】
タッチ入力装置が、保護ガラスシート等の透明カバーを備えたディスプレイを含む場合、このカバーが透過性素子として機能し得る。図２１に示される実施形態では、コリメーション／リダイレクション素子７４が、両面テープ７７で、液晶ディスプレイ６５の保護ガラスカバー７８に取り付けられて、点光源３８からガラスカバー内に放たれた光３５が、素子７４によってコリメート及びリダイレクトされて、実質的にコリメートされた平坦な信号４５が生じる。
【０１０１】
これから、本発明の透過性ボディが入力装置において用いられる際のベゼル幅について検討する。入力装置が図１８Ａ、１８Ｂ、１８Ｃに示されるタイプの単体の透過性ボディ３０を含むという図１３に示される場合、入力領域５０は、矩形の透過性素子３３の上に本質的に存在し、透過性ボディ３０の残りの部分（つまり、コリメーション／リダイレクション素子７１）は入力領域の外側に位置している。このように、この素子７１は、ディスプレイ周囲のベゼル内に位置していて、ベゼルをどれ位細く形成できるかを決定する限定要因となり得、携帯電話等の一部のタッチスクリーン応用において重要な検討事項となり得る。素子７１の幅は、内部反射ファセット７２及び７３を画定するパラボラの形状によって決定され、内部反射ファセットは、光源３８がパラボラの焦点に位置する必要性に起因して、入力領域のサイズによって決定される。数学的には、素子７１は、より小さい入力領域（パラボラの焦点距離がより小さい）に対してより幅広である必要があるが、これは、ベゼル幅がより小型の入力装置において懸念事項となる傾向が高くなるために、問題となる可能性がある。特定例では、３５インチ（８．９ｃｍ）のタッチスクリーンに対して、素子７１は略７ｍｍの幅となる。
【０１０２】
図２２に示される、想定される解決策の一つは、セグメント化反射器（フレネル反射器としても知られる）を用いることであり、単一のパラボラ状反射器８１を備える代わりに、複数のオフセットパラボラ状反射器８１を備え、ベゼル幅の顕著な減少８２がもたらされる。各反射器８０は、焦点距離が異なるために異なるパラボラの一部であることには留意されたい。この方法の欠点として考えられるのは、フレネル反射器を備えた透過性ボディは射出成形によって製造するのがより難しく、角８３から外れた反射がタッチ検出に干渉し得ることである。図２３に示される他の解決策は、それぞれが光源３８を備えた複数のパラボラ状反射器８４を有する透過性ボディ３０を設計することである。ベゼル幅の減少は、光源の追加コスト及び透過性ボディの幾分より複雑な形状と比較検討される。しかしながら、３．５インチ（８．９ｃｍ）のタッチスクリーンに対して、二つという少数のパラボラ状反射器８４及び光源３８を有する設計は、ベゼル幅を７ｍｍから２ｍｍへと大幅に改善して減少させる。
【０１０３】
図２４に示される更に他の解決策は、単一のパラボラ状反射器８１を、より長い焦点距離を備え、余り目立たない曲率を備えるように設計することを可能にする一つ以上のレンズを取り入れた透過性ボディ３０を設計することである。例として、図２４は、射出成形プラスチック材料から形成された透過性ボディ３０を示し、空気（つまり、屈折率のより低い媒体）から成る収束レンズ８５を、光源３８とパラボラ状反射器８１との間の光路に備えている。この例では、光源３８は、高発散ビーム８６を放出し、該ビームはレンズ８５によって部分的に収束され、光源自体よりもパラボラ状反射器８１から更に遠い光源の虚像８７を形成し、効果的により大型の装置がシミュレートされる。二つ以上のレンズを組み合わせること（ビーム拡大器の構成における発散レンズの後ろの収束レンズ等）もこの目的のため使用可能であることを当業者は理解されたい。
【０１０４】
更に他の解決策は、透過性素子内の信号の‘二重パス’伝播経路を可能にすることによって、光源とパラボラ状反射器との間の距離を増大させる透過性ボディを設計することである。図２５（平面図）及び２６（側面図）に示される一つの想定される構成は、光源３８からの信号光３５が、透過性素子３３に入射し、パラボラ状反射器８１に当たる前に金属化表面８９に反射されることを可能にするテーパ部分８８を備えた透過性ボディ３０を成形することである。図２７（側面図）に示される想定される他の構成は、パラボラ状反射器８１の一表面９０を介して信号光３５を放つことである。この特定の解決策は、表面９０を金属化する必要がない場合（つまり、パラボラ状反射器８１が全内部反射によって動作する場合）のみにおいて可能であることは理解されたい。また、当然、光源がパラボラ状反射器に隣接するスロット内に単に配置されていて、金属化表面８９に向かい合っているような二重構成はあまり望ましいものではない。何故ならば、光源が光路内に位置していて、影の影響が生じるからである。
【０１０５】
ベゼル幅を減少させるこれらの多くの方法は、当然、図２０及び２１に示されるようにアセンブルされた複合透過性ボディに対して、及び、パラボラ状反射器の代わりに楕円形レンズ（例えば、図６Ａに示されるような）によってコリメーションを行う透過性ボディに対して、等しく適用可能である。図６Ａの検査は、楕円形レンズ表面６１は外側ではなく内側に曲がっているが、それでも、レンズがタッチ入力領域と干渉しないようにベゼルが十分に幅広である必要があることを示す。
【０１０６】
これから、ベゼル高さについて検討する。図１８Ａ、１８Ｂ、１８Ｃを再び参照すると、出射面６７の高さ（例えば０．７ｍｍ）が直接ベゼル高さに置き換えられることは明らかである。一部の装置応用ではこれは許容可能である一方、他の装置に対しては、ベゼルがタッチ表面と本質的に同一平面上にあることが望ましい。この‘ゼロベゼル高さ’の要求に対しては、図７Ａ及び７Ｂに示される構成（実質的にコリメートされた平坦な信号４５が平坦な導波路９１内に導かれる）が望ましい。上述のように、タッチ対象は平坦な導波路からの信号の大部分と外部結合し、この効果がタッチ対象を感知するのに使用可能となる。‘フラストレート化全内部反射’（ＦＴＩＲ，ｆｒｕｓｔｒａｔｅｄ  ｔｏｔａｌ  ｉｎｔｅｒｎａｌ  ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ）として知られる効果に基づいたこのタイプのタッチ入力装置では、タッチ対象は、平坦な導波路９１内を伝播する信号の量を減少させて、この減少が、例えば図１２及び１３に示されるような光検出手段５５によって検出可能となる。ＦＴＩＲに依るタッチ入力装置は、例えば、特許文献１５、特許文献１６、特許文献１７に開示されている。ＦＴＩＲに基づいたタッチ入力装置において想定される問題は、平坦な導波路上の塵やアブラ（例えば指からの）も光信号と外部結合して、タッチ検出に干渉することである。図２８（側面図）に示されるように、この問題を軽減する一手段は、抵抗タッチ入力装置で周知の構成を導入することである。具体的には、スペーサ９４によって平坦な導波路から離隔されたフレキシブルシート９３を、タッチ対象が平坦な導波路上でフレキシブルシートを押す時のみに平坦な信号４５が外部結合されるように導入する。このフレキシブルシートが存在するか否かに関わらず、自由空間の代わりに平坦な導波路９１内に平坦な信号４５を位置させることの利点は、本発明の原理が、視差エラーを回避して、曲率を有するディスプレイ（例えば、ＣＲＴ）のみならず、フレキシブルディスプレイにも適用可能であるということである。
【０１０７】
これまでの議論では、点光源からの光を、実質的に平坦な形状の光のシート／ラミナに変換することのできる光学素子を説明してきた。図２８Ａから２８Ｄに示される代替実施形態では、ＣＣＦＬの形状の延在した光源１１４を、信号光の光源として、点光源３８の代わりに用いることができる。この実施形態では、透過性ボディ１４０は、透過性素子３３と、二つの反射ファセット１４１及び１４２を含むリダイレクション素子４２とを含む。延在した光源によって透過性素子内に放たれる光１１２は透過性素子の平面内で発散しないので、コリメーション素子は実質的にコリメートされた平坦な信号４５を生じさせるのに必要ではない。図２８Ｄに示される代替実施形態では、点光源３８のアレイが、延在した光源をシミュレートするのに用いられている。同様に、信号光の光源が点光源というよりもむしろ延在した光源である場合には、ペデスタル及び二つの反射ファセットを備えたリダイレクション素子が、図１９Ａ、１９Ｂ及び１９Ｃに示されるコリメーション／リダイレクション素子７４の代わりに使用され得る。延在した光源を用いることの利点は、コリメーション素子の曲率が除かれることに起因する、ベゼル幅の減少である。
【０１０８】
上述の透過性ボディの構成要素は、コリメーション素子を備えても備えなくても、射出成形ポリマー材料から、又は、プレートガラス等の入手容易な物質から簡単に大量生産するのに十分単純な設計のものである。タッチ入力装置の構成におけるこのような構成要素の使用についても説明してきた。図１に示されるような従来技術の全て導波路の装置と比較して、本タッチ入力装置は製造及びアセンブリするのに比較的安価であり、周辺光からの干渉に影響を受け難い。（ｉ）平坦な導波路光スプリッタ１８の代わりに透過性素子３３内に光源を結合することの改善と（ｉｉ）受信導波路１４内に結合するためのコリメートされた平坦な信号４５のより大きなパワーとが組み合わさった利点によって、多重素子検出器１５における信号対ノイズの強度が二桁改善される。結果として、本タッチ入力装置は、より強いレベルの周辺光、更には十分な太陽光のもとにおいても動作可能である。代わりに又は追加として、携帯電子機器において使用される際には、より僅かの光信号パワーで動作することができ、バッテリー寿命を節約する。
【０１０９】
本発明による透過性ボディ３０及び１４０を、光学タッチ入力装置に関してこれまで説明してきたが、当業者にとって、多数の他の使用が存在することは明らかである。一例では、逆に用いることができるのは明らかであり、例えば、図５に示されるような透過性ボディ３０が、出射面６７において実質的に平坦なコリメートされた信号４５を受信し、その信号を、光源３８の位置に配置された光検出器にリダイレクト、合焦及び透過させることができる。
【０１１０】
他の例は、ディスプレイの照明の分野におけるものであり、例えば、透過型ディスプレイのバックライト又は反射型ディスプレイのフロントライトである。バックライト応用を説明すると、ＬＣＤのバックライトユニットは従来、ディスプレイの側部に配置された光源ユニットを利用している。この種のバックライトユニットは、サイドランプ型バックライトユニットと呼ばれ、その典型例が図２９に示されている。このバックライトユニットは、パラボラ状ランプ反射器１００内に収容された冷陰極蛍光ランプ（ＣＣＦＬ，Ｃｏｌｄ  Ｃａｔｈｏｄｅ  Ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｔ  Ｌａｍｐ）９９を採用している。ランプ及び反射器は、ランプカバー１０１の位置に保持されている。ＣＣＦＬ９９は、典型的には楔型の分布素子１０２内に光を向ける。分布素子は、例えば、特許文献１８、特許文献１９、特許文献２０、特許文献２１、特許文献２２に開示されているように、多種多様な形状を取り得る。典型的には、分布素子は、光を抽出するために、プリズムの形状であり得る素子１０３を備えた一方の側に対してパターン化される。サイドランプ型バックライトユニットの他の共通の構成要素として、反射プレート１０４、一枚以上の拡散プレート１０５、一枚以上の輝度増強フィルム１０６（典型的にはプリズムのアレイから成る）が含まれる。バックライトユニットの構成要素は、組み合わさって、ＬＣＤディスプレイ（図示せず）中に光１０７を向ける。
【０１１１】
当然、サイドランプ型フロントライトユニット（例えば、特許文献２３、特許文献２４に開示されている）は、分布素子が透過型ディスプレイ中を‘上方に’というよりはむしろ反射型ディスプレイ上に‘下方に’光を向けるという点を除いては、図２９に示されるサイドランプ型バックライトユニットと多くの類似点を有するものである。
【０１１２】
多くの応用において、ＬＥＤは、その低いコスト、高いパワー効率、より良い光域制御や他の特徴に起因して、既存の光源に取って代わるように照明システムにおいて設計されてきている。しかしながら、この目標を達成することにおける課題の一つは、ＬＥＤは、ディスプレイ照明用に多くの装置において必要とされている‘延在した’光源（ＣＣＦＬ等）というよりはむしろ本質的に‘点’光源である点である。現状のＬＥＤバックライトは、便宜上二つの主要な分類に分けることができ、具体的には、エッジリット（ｅｄｇｅ‐ｌｉｔ）式とバックリット（ｂａｃｋ‐ｌｉｔ）式である：
ａ．）エッジリット式：図３０Ａに見て取れるように、ＬＥＤ３８が図２９と同様のエッジ配置でＣＣＦＬを置換している。ＬＥＤエッジリット式は典型的に３４インチ以下のディスプレイで採用される。
ｂ．）バックリット式：間隔の空いたＬＥＤ３８のアレイが、拡散プレート（図示せず）の後方に配置され、ＬＣＤディスプレイを直接照明する（図３０Ｂを参照）。バックリット式ＬＥＤアレイは、テレビ等の大型ＬＣＤディスプレイに対して典型的に使用される。
【０１１３】
当然、ディスプレイ内に分布する光は、視聴者の知覚する性能を最大にするために正確な色のものでなければならない。そして、ＬＥＤバックライトは色域の更なる制御を可能にするので、バックライトユニット用の光源としてますます好ましいものになっている。更に、バックライトユニットの役割は、光源から光を取り出し、最大効率でＬＣＤ内に光を分布させることであることに留意されたい。最大効率には、バックライトユニット自体内での少ない光損失、バックライトユニットからの発光の高い一様性、ＬＣＤで許容されるのに最も適した特性を備えた発光（典型的には、平面に垂直に放出される光に近いと最も効率的である）が含まれる。光の使用の非効率は、ＬＣＤの利用可能な輝度の低さ、より重大な熱の問題、必要とされる輝度に対するパワー消費の高さを意味する。更に、バックライトユニットはＬＣＤのコストに顕著に寄与する点、バックライトユニットが蛍光又はＬＥＤ光源、導光板、特殊フィルム（Ｖｉｋｕｔｉ（登録商標）輝度増強フィルム）、ＬＣＤ積層体に関連するアセンブリ及び集積化を含み得る点に留意されたい。更に、バックライトユニットは、ＬＣＤ一式の重さ及び厚さ両方を顕著に増加させる。
【０１１４】
以上の点に鑑みると、当業者にとって、本発明の透過性ボディ３０の、ＬＥＤ等の光源３８から光を受信しそれを平坦な光の‘帯’に変換する性能が、それを、延在した光源を必要とする従来技術の分布素子及び関連する光学系での使用に特に適したものとすることは明らかである。言い換えると、例えば図３１、３２Ａ、３２Ｂに示されるように、本発明は、ＣＣＦＬ照明バックライトユニットにおけるＣＣＦＬ／ランプ反射器／ランプカバーのアセンブリを置換するように適合される。
【０１１５】
関連する実施形態では、図３３Ａ及び３３Ｂに示されるように、本発明の透過性ボディ３０を用いて、二つの逆方向の分布素子１０２を照明することができる。代わりに、図３４Ａ及び３４Ｂに示されるように、分布素子１０２の両側のエッジを照明することができる。更に他の実施形態では、図３５から３７に示されるように、本発明の透過性ボディ３０又は１４０の透過性素子３３を巻いて、透過性ボディ３０の‘フットプリント’（設置面積）を最小にすることができる。
【０１１６】
単一のＬＥＤ３８を本発明の透過性ボディ３０に適用可能であること、又は、代わりに、より高ルクスが必要とされる場合には、図３８に示されるように、複数のＬＥＤ３８を一群化することができることは明らかである。図３９に示される代替実施形態では、間隔の空いたＬＥＤのアレイが、透過性素子３３のエッジに沿って設けられて、各ＬＥＤ３８がコリメーション／リダイレクション素子４０／４２に対応している。図２８Ｄから明らかなように、密な間隔のＬＥＤのアレイの極限では、コリメーション素子を備えない透過性ボディ１４０も使用可能である。図２３に関して上述したように、これらの実施形態は、ベゼル幅が懸念事項となる場合にも有利なものになる。
【０１１７】
更なる実施形態では、図４０Ａ（又は図８）に示されるような透過性ボディ３０と共に使用される二軸分布素子１０２を用いて、ディスプレイを照明することができる。二軸分布素子１０２は、図４１Ａ及び４１Ｂに示されるような実施形態でも使用可能である。
【０１１８】
関連する側面では、本発明の透過性ボディ３０が光学的に結合される際に、分布素子１０２の光出力が、一様又は所定の強度プロファイルのものであるように構成されることを理解されたい。更に、当業者は、ＬＥＤ光源３８が白色光、又は分布素子１０２内で‘混合’され得るＲＢＧ等の多色光であり得ることを理解されたい。更に、本発明の装置は、ＬＣＤディスプレイの一辺、二辺、三辺、又は四辺の上に存在し得ることを理解されたい。
【０１１９】
本発明の装置を用いて、ＬＣＤ用の従来のバックライトユニットにおける蛍光管／反射器ボックスを置換することができるものではあるが、当然、本発明はＬＣＤバックライトに限定されるものではない。本発明は、従来技術に対していくつもの利点を提供し、例えば、ＬＣＤの後方の直接ＬＥＤ照明、又は、バックライトユニットのサイドのＬＥＤのアレイよりも比較的ハイパワーを使用することが少ないという性能が挙げられる。当然、これによって、コストが抑えられ、適切な設計により、ディスプレイのより一様な照明が生じる。
【０１２０】
透過性ボディ３０から出て来る光４５は平坦な形状で実質的にコリメートされるので、バックライトシステムの分布素子１０２にコリメートされた形状で入射することは、当業者にとって明らかである。従って、分布素子１０２から出て来る光も、実質的にコリメートされ得て（パターン化素子１０３の構造に依存する）、その影響は、使用者に対して例えば５°の比較的小さな“視角”を生じさせ得るものである。特定の状況では、これが好ましい特性となり得る。例えば、一枚以上の輝度増強フィルム１０６を省くことができて、コストが削減される。しかしながら、これが望ましくないと考えられる特定の応用の場合、拡散プレート１０５等を用いることによって、コリメートされた光を幾分ランダム化し得る。例えば、分布素子１０２の上方に位置する拡散プレート１０５は別にして、他の拡散プレート１０５を、透過性ボディ３０と分布素子１０２との間に配置することができる。他の例では、透過性ボディの出射面を粗くして、光を拡散させることができる。
【０１２１】
本発明の更に他の側面では、ディスプレイ照明及びタッチ検出の両方用に光を分布させることのできる透過性ボディが提供される。図４２から４５は、ディスプレイのバックライト及びタッチ検出の両方用に光を分布させることのできる透過性ボディの多様な実施形態を示す。一方、図４６から４９は、ディスプレイのフロントライト及びタッチ検出の両方用に光を分布させることのできる透過性ボディの多様な実施形態を示す。
【０１２２】
図４２に示される実施形態によると、バックライト及びタッチ検出を組み合わせた透過性ボディ１１０が提供される。透過性ボディは、楔型の分布素子１０２と、ＣＣＦＬやＬＥＤアレイ等の延在した光源１１４からの光を受光するリダイレクション素子４２とを含む。光の第一の部分（大抵の場合、大部分）は、図２９に示されるような従来のバックライトシステムのように、分布素子１０２によって透過型ディスプレイ１１８に向けられる。光の残りの部分１２０は、タッチ入力の目的で、素子４２によって、ディスプレイ１１８の前面にリダイレクトされる。
【０１２３】
図４３は、透過性ボディ１１０を備えたバックライト／タッチ検出を組み合わせた代替実施形態を示す。透過性ボディは、実質的に平坦な透過性素子３３と、延在した光源１１４からの光を受光するリダイレクション素子４２とを含む。この場合、リダイレクション素子は、光の第一の部分（大抵の場合、大部分）を、従来のバックライトのように透過性ディスプレイ１１８内に光を分布させる楔型の分布素子１０２に向けて、光の第二の部分１２０を、タッチ入力の目的でディスプレイ１１８の前面に向ける。
【０１２４】
図４２及び４３に示される実施形態では、光源１１４が点光源というよりはむしろ延在した光源なので、透過性ボディ１１０がコリメーション素子を有する必要がない。更に、同一の光がディスプレイ照明及びタッチ検出に用いられるので、タッチ検出光が可視光になる。これが許されない場合、いくつかの変形例が用いられ得る。例えば、延在した光源１１４が、近赤外線にまで及ぶ広範な放出スペクトルを有する場合、赤外線パスフィルタ１２２を、リダイレクション素子４２の適切な箇所に配置し得る。代わりに、延在した光源がＬＥＤアレイである場合、可視光ＬＥＤの中に一つ以上の近赤外線ＬＥＤを散在させて、タッチ検出光から可視光を除去する赤外線パスフィルタ１２２を用いることができる。勿論、透過性ボディ１１０がコリメーション素子、つまり、赤外線パスフィルタ１２２に関連した楕円形レンズ表面有する場合には、可視光ＬＥＤの中に必要なのは、たった一つの（適切に配置された）赤外線ＬＥＤである。
【０１２５】
図４４は、バックライト／タッチ検出の組み合わせの更に他の実施形態を示す。今回は、複合体の分布素子１０２及び透過性ボディ３０を備え、好ましくはより低い屈折率のクラッド層１２４によって分離されている。この場合、分布素子１０２は、従来のバックライトのように、延在した光源１１４からの光を透過型ディスプレイ１１８中に分布させる。そして、透過性ボディ３０は、図３から５に関して上述したように、点光源３８からの光を実質的にコリメートされた平坦な光信号４５に変換する。より低い屈折率のクラッド層１２４が、延在した光源１１４からの光（典型的には可視光）と点光源３８からの光（典型的には赤外線）が混合することを防止するために存在していることが好ましい。クラッド層は、例えば、透過性ボディ３０又は分布素子１０２上にコーティングされた硬化性ポリマーの層であり得る。代わりに、クラッド層は単純に空気ギャップであり得る。
【０１２６】
図４５に示される実施形態は、分布素子１０２及び延在した光源１１４の向きが逆になっている点において、図４４のものと相違する。
【０１２７】
図４６から４９は、フロントライト／タッチ検出を組み合わせた装置の多様な実施形態を示す。これらは、多くの点において、図４２から４５に示されるバックライト／タッチ検出を組み合わせた装置と類似しているが、光分布素子１０２が、光１２５を、透過型ディスプレイ中を‘上方’にというよりはむしろ、反射型ディスプレイ１２６に対して‘下方’に向けるという点が異なる。光分布素子１０２の正確な形状に依存して、透明シート１２８をタッチ入力用の平らな表面として追加する必要があり得る。同様の透明シートは、バックライト／タッチ検出を組み合わせた装置にも存在し得て、透過型ディスプレイを保護する。
【０１２８】
図５０は、バックライト／タッチ検出を組み合わせた装置の更に他の実施形態を示す。今回は、可視光ＬＥＤ（例えば、‘白色’ＬＥＤやＲＧＢ有色ＬＥＤ）１３０のアレイを備えた‘バックライト’型（図３０Ｂを参照）である。タッチ検出用の光は、図３から５に関して上述したように、透過性ボディ３０及び点光源３８によって提供される。バックライトＬＥＤ１３０は、透過性素子よりも低い屈折率を有するクラッド層１２４によって、透過性ボディ３０の透過性素子３３から分離されて、点光源３８からの光が中に閉じ込められる。
【０１２９】
図４２から５０に示される各実施形態に対して、従来のバックライト又はフロントライトシステムの他の構成要素（抽出素子、拡散プレート、輝度増強フィルム等）を必要に応じて追加することができるということは理解されたい。
【０１３０】
一部の実施形態で、コリメートされた信号を生じさせる信号源が提供される場合、コリメーション素子が必要とされなくなり得ることを当業者は理解されたい。このような実施形態では、透過性ボディは依然として光信号を受信し、その光信号を実質的に平坦なコリメートされた光信号として透過させる。例えば、図４４、４５、４８及び４９の点光源３８を、他の延在した光源１１４に置換可能である。
【０１３１】
本発明について特定の実施形態を参照して説明してきたが、本発明が他の多くの形態で実施され得ることは当業者にとって明らかである。
【符号の説明】
【０１３２】
３０  透過性ボティ
３３  透過性素子
３８  光源
４０  コリメーション素子
４２  リダイレクション素子
【図１】
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【図２】
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【図２Ａ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図７Ｄ】
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【図７Ｅ】
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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１８Ａ】
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【図１８Ｂ】
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【図１８Ｃ】
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【図１９Ａ】
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【図１９Ｂ】
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【図１９Ｃ】
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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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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２８Ａ】
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【図２８Ｂ】
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【図２８Ｃ】
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【図２８Ｄ】
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【図２９】
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【図３０Ａ】
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【図３０Ｂ】
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【図３１】
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【図３２Ａ】
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【図３２Ｂ】
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【図３３Ａ】
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【図３３Ｂ】
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【図３４Ａ】
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【図３４Ｂ】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０Ａ】
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【図４０Ｂ】
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【図４１Ａ】
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【図４１Ｂ】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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【図４７】
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【図４８】
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【図４９】
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【図５０】
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【国際調査報告】
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