(57)【要約】  導光路（１０）と、少なくとも１つの発光素子（３０）と、少なくとも１つの赤外放射センサ（４０）とを含む近接感知表示素子（１）を提供する。導光路（１０）は、第１および第２反射層（２２，２４）をそれぞれ有する相互に反対向きの第１および第２主側面（１２，１４）を有する基板（１１）を備え、第１および第２反射層（２２，２４）が導光路の内側に面する反射内面（２２２，２４２）を有する。光放射が導光路に出入りすることを可能にするために、少なくとも１つの窓（１６）が第１主側面に設けられている。少なくとも１つの発光素子（３０）は、典型的には、前記導光路内に光放射を生成するために、その第２主側面において基板に埋め込まれている。少なくとも１つのＩＲセンサ（４０）は、基板の第２主側面に配置され、第２反射層（２４）内の半透明パッチ（２４０）を通して第１主側面に面している。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１および第２反射層（２２，２４）をそれぞれ有する相互に反対向きの第１および第２主側面（１２，１４）を備えた基板（１１）を具備する導光路（１０）であって、前記第１および第２反射層（２２，２４）が前記導光路の内側に面する反射内面（２２２，２４２）を有し、光放射が前記導光路に出入りできるように、少なくとも１つの窓（１６）が前記第１主側面に設けられた導光路（１０）と、
前記導光路内に光放射を生成するためのものであって、前記基板の前記第２主側面に位置する少なくとも１つの発光素子（３０）と、
前記第２反射層（２４）における半透明パッチ（２４０）を通して前記第１主側面に面し、前記基板の前記第２主側面に配置された少なくとも１つのＩＲセンサ（４０）と、
を備える近接感知表示素子（１）。
【請求項２】
それぞれの半透明パッチを通して前記第１主側面に面する前記第２主側面上に分布する複数のＩＲセンサを有するセンサアレイを備え、
前記少なくとも１つのＩＲセンサ（４０）は、前記ＩＲセンサのうちの１つである、
請求項１に記載の近接感知表示素子（１）。
【請求項３】
前記半透明パッチ（２４０）は、前記第２反射層が網目状にパターン化された領域として設けられている、
請求項１に記載の近接感知表示素子。
【請求項４】
前記第１反射層（２２）は、前記導光路（１０）と不透明層（２６）との間に配置されている、
請求項１から３のいずれか一項に記載の近接感知表示素子。
【請求項５】
前記不透明層（２６）は、前記導光路の前記第１主側面（１２）に向かって延びる１または複数の突起（２６２）を有する、
請求項４に記載の近接感知表示素子。
【請求項６】
前記センサは、Ｍ−ＩＲセンサである、
請求項１から５のいずれか一項に記載の近接感知表示素子。
【請求項７】
前記少なくとも１つの発光素子（３０）は、前記基板内に埋め込まれている、
近接感知表示素子。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか一項に記載の近接感知表示素子を備える近接センサモジュールであって、
ＩＲセンサは、容量性センサ、圧力センサ、近赤外センサおよび中赤外センサから選択される、相互に異なるタイプの複数の近接センサのうちの１つであり、
前記近接センサモジュールは、前記近接センサにて発する入力近接信号に基づいて合成近接信号を生成する出力ユニットをさらに備える、
近接センサモジュール。
【請求項９】
前記出力ユニットは、選択ユニットと、センサの推定値が近接センサの感度範囲内な場合に、前記選択ユニットに前記近接センサのうちの特定の１つからの入力近接信号を選択させるコントローラとを含んでいる、
請求項８に記載の近接センサモジュール。
【請求項１０】
光放射センサ（４４）であって、少なくとも１つの発光素子（３０）にて放出され、前記少なくとも１つの窓（１６）の外面を経由して、透光窓を通り前記光放射センサ（４４）に向かう方向に、人の指によって反射された、光放射の一部を受けて、前記受けた光放射を表わす感知信号（Ｉｓｅｎｓｅ）を生成するための光放射センサ（４４）をさらに備え、
シグナルプロセッサ（７）は、前記光放射センサに結合され、前記感知信号を受信し、それに応答して、人の指が前記少なくとも１つの窓（１６）の外面（１６ｌ）に近接している程度を示すとともに、任意選択的に、前記外面（１６ｌ）に接触しているか（Ｔ／−Ｔ）、その場合に、どの程度の圧力（Ｉｐｒｅｓｓ）によるかをさらに示してもよい近接信号（Ｉｐｒｏｘ）を生成する、
請求項８または９に記載の近接センサモジュール。
【請求項１１】
前記光放射センサ（４４）は、前記受けた光放射におけるそれぞれのスペクトル成分（Ｒ，Ｇ，Ｂ）を示す、少なくとも第１および第２信号成分（ＩｓＲ，ＩｓＧ，ＩｓＢ）を含む前記感知信号（Ｉｓｅｎｓｅ）を発する構成とされている、
請求項１０に記載の近接センサモジュール。
【請求項１２】
前記受けた光放射における前記それぞれのスペクトル成分は、赤色スペクトル成分（Ｒ）および緑色スペクトル成分（Ｇ）である、
請求項１１に記載の近接センサモジュール。
【請求項１３】
前記シグナルプロセッサ（７）は、前記感知信号にて示される大きさの関数として、近接度の推定値を示す出力信号（Ｉｐｒｏｘ１）を発する近接度推定構成要素（７１０）を有する、
請求項１０から１２のいずれか一項に記載の近接センサモジュール。
【請求項１４】
前記シグナルプロセッサ（７）は、前記感知信号の別の成分（ＩｓＲ）に対する前記感知信号の成分の大きさ（ＩｓＧ，ＩｓＢ）の関数として、近接度の推定値を示す出力信号（Ｉｐｒｏｘ２、Ｉｐｒｏｘ３）を発する近接度推定構成要素（７２０，７３０）を有する、
請求項１０から１３のいずれか一項に記載の近接センサモジュール。
【請求項１５】
前記シグナルプロセッサ（７）は、時間に対する感知（成分）の大きさの変化の関数として、近接度の推定値を示す出力信号（Ｉｐｒｏｘ４）を発する近接度推定構成要素（７４０）を有する、
請求項１０から１４のいずれか一項に記載の近接センサモジュール。
【請求項１６】
前記シグナルプロセッサ（７）は、５０〜２２０Ｈｚの周波数範囲でのＡＣ成分の振幅にて示される、近接度の推定値を示す出力信号（Ｉｐｒｏｘ５）を発する近接度推定構成要素（７５０）を有する、
請求項１０から１４のいずれか一項に記載の近接センサモジュール。
【請求項１７】
請求項１３から１６の２以上の請求項に記載された近接度推定構要素からの出力信号に基づいて、近接度の推定値を示す出力信号（Ｉｐｒｏｘ）を生成する結合構成要素を備える、近接センサ。
【請求項１８】
前記少なくとも１つの窓（１６）の外面に人の指が接触している程度を示す近接信号（Ｉｐｒｏｘ）を発する接触センサ（４５）が設けられた近接センサモジュールであって、
前記接触センサ（４５）に結合され、前記近接信号（Ｉｐｒｏｘ）を受信するコントローラ（８）がさらに設けられ、
前記コントローラは、前記近接信号が、前記外面に接触していないことを示す場合に取る第１動作モード（Ｍ１）を少なくとも有し、前記感知信号が、前記外面に人の指が接触したことの検出を示す場合に取る第２動作モード（Ｍ２）を少なくとも有するとともに、
前記コントローラ（８）は、前記少なくとも１つの発光素子（３０）に結合され、前記第２動作モードにおいて、制御可能な光源から照射された光が人の指を通して知覚可能となるように、動作モードに応じて制御可能な光源を制御する駆動信号（Ｉｄｒｉｖｅ）を発する、
請求項１０から１７のいずれか一項に記載の近接センサモジュール。
【請求項１９】
前記第２動作モードにおいて、前記少なくとも１つの発光素子（３０）にて照射された光のスペクトルは、６５０〜８００ｎｍの範囲、好ましくは７００〜７８０ｎｍの範囲の波長を有する放射を主としている、
請求項１８に記載の近接センサモジュール。
【請求項２０】
前記第１動作モードにおいて、前記少なくとも１つの発光素子（３０）にて照射された光において、少なくとも赤色成分の寄与率が、前記第２動作モードでの赤色成分の寄与率よりも実質的に低い、
請求項１９に記載の近接センサモジュール。
【請求項２１】
前記コントローラ（８）は、放出光における少なくとも赤色成分の寄与率が前記コントローラの動作モードに応じて変調するように、前記駆動信号（Ｉｄｒｉｖｅ）を発する構成とされている、
請求項１８から２０のいずれか一項に記載の近接センサモジュール。
【請求項２２】
前記接触センサ（４５）は、圧力センサであり、
前記コントローラ（８）は、前記圧力センサにて示す圧力に応じた方法で、前記駆動信号（Ｉｄｒｉｖｅ）を発する構成とされている、
請求項１８から２１のいずれか一項に記載の近接センサモジュール。
【請求項２３】
前記コントローラ（８）の前記第２動作モード（Ｍ２）は、少なくとも、その領域上に人の指によって掛かる圧力量が所定の閾値より小さいことを前記感知信号が示す場合に取る第１サブモード（Ｍ２１）と、その領域上に人の指によって掛かる圧力量が前記所定の閾値と少なくとも等しいことを前記感知信号が示す場合に取る第２サブモード（Ｍ２２）とを含み、
前記コントローラ（８）は、前記第２サブモードでの赤色成分の寄与率が、前記第１サブモードの場合よりも高くなるように、前記駆動信号を発する構成とされ、
前記赤色成分の寄与率は、前記外面（１６ｌ）上に人の指によって掛かる圧力量と正の相関がある、
請求項２２に記載の近接センサモジュール。
【請求項２４】
前記コントローラ（８）は、前記第２動作モード（Ｍ２）での赤色成分の寄与率が、前記感知信号（Ｉｓｅｎｓｅ）にて示される、掛かる圧力に対して連続的に増加する関数となるように、前記駆動信号（Ｉｄｒｉｖｅ）を発する構成とされ、
前記赤色成分の寄与率は、人の指によって掛かる圧力量と正の相関がある、
請求項２２に記載の近接センサモジュール。
【請求項２５】
前記コントローラ（８）は、その領域（１６ｌ）上に人の指によって掛かる圧力量に従って赤色成分の寄与率が変調するように、前記駆動信号Ｉｄｒｉｖｅを発する構成とされている、
請求項１８から２０のいずれか一項に記載の近接センサモジュール。
【請求項２６】
前記コントローラ（８）は、前記制御領域が完全に覆われるまで、前記第２動作モードを取らない、
請求項１８から２５のいずれか一項に記載の近接センサモジュール。
【請求項２７】
前記制御領域（１６ｓ）は、接触面上の複数の横方向に分布する制御領域のうちの１つであり、
前記複数の横方向に分布する制御領域の各制御領域は、それぞれ一対の接触センサおよび関連する制御可能な光源を有する、
請求項１８から２６のいずれか一項に記載の近接センサモジュール。
【請求項２８】
第１および第２反射層（２２，２４）をそれぞれ有する相互に反対向きの第１および第２主側面（１２，１４）を備えた基板（１１）を具備する導光路（１０）であって、前記第１および第２反射層（２２，２４）が前記導光路の内側に面する反射内面（２２２，２４２）を有し、光放射が前記導光路に出入りできるように、少なくとも１つの窓（１６）が前記第１主側面に設けられ、前記第２反射層（２４）が半透明パッチ（２４０）を有する導光路（１０）を設けるステップであって、前記導光路内に光放射を生成するために、少なくとも１つの発光素子（３０）が、その第２主側面において前記基板内に埋め込まれ、少なくとも１つの赤外線センサ（ＩＲセンサ（４０））が前記基板の前記第２主側面に設けられ、前記ＩＲセンサが前記半透明パッチを通して前記第１主側面に面しているステップと、
前記ＩＲセンサにて受けたＩＲ放射を示す出力信号を検出するステップであって、前記出力信号は近接信号である、ステップと、
を含む、表示素子（１）への接近を感知する方法。
【請求項２９】
前記導光路（１０）に、容量性センサ、圧力センサ、近赤外センサ、および中赤外センサから選択される１または複数のその他の近接センサを設けるステップと、
前記その他の近接センサのそれぞれからそれぞれの出力信号を検出するステップと、
前記ＩＲセンサからの前記出力信号と、前記その他の近接センサからのそれぞれの前記出力信号とに基づいて、近接信号を生成するステップと、をさらに含む、
請求項２８に記載の方法。
【請求項３０】
前記生成するステップは、前記出力信号の１つを近接信号として選択するステップであって、前記選択は、感知された実体の前記表示素子までの推定距離にて決定される、ステップを含む、
請求項２８に記載の方法。
【請求項３１】
前記少なくとも１つの窓（１６）の外面に人の指が接触しているかを感知するステップと、
第１動作モード（Ｍ１）および第２動作モード（Ｍ２）から選択される動作モードに従って前記少なくとも１つの発光素子（３０）を制御するステップであって、前記第１動作モード（Ｍ１）は、制御領域に接触していないことを示す前記感知信号に対応し、前記第２動作モード（Ｍ２）は、前記接触表面上の前記制御領域に人の指が接触していることを示す前記感知信号に対応するステップと、
前記少なくとも１つの発光素子（３０）を、それによって照射された光が人の指を通して知覚可能となるように制御するステップと、を含む、
請求項２９に記載の方法。
【請求項３２】
前記少なくとも１つの発光素子（３０）にて放出され、透光窓を通り人の指（Ｆ）にて反射された光放射を示す感知信号を生成するステップと、
前記感知信号から、人の指にて掛けられた圧力に対する指標（Ｉｐｒｅｓｓ）を計算するステップと、を含む、
請求項２８に記載の方法。
【請求項３３】
時間に対する感知信号の変化を判定するステップを含む、
請求項３２に記載の方法。
【請求項３４】
前記感知信号が、受けた光放射におけるそれぞれのスペクトル成分を示す第１成分および第２成分を少なくとも含む方法において、前記第１成分の相対変化が前記第２成分の相対変化に等しいか否かを判定するステップを含む、
請求項３２に記載の方法。
【請求項３５】
請求項１から７のいずれか一項に記載の近接感知表示素子、または請求項８から２７のいずれか一項に記載の近接センサモジュールを備える、
近接感知表示パネル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、近接感知表示素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
国際公開第２０１５／０４９４２５号公報では、電子デバイス用の複合積層機構（composite laminate assembly）として用いられる近接感知表示素子について開示している。この機構は、この機構にて画定された１または複数のインジケータ形状用の一体型バックライト（integrated backlighting）を提供している。この機構は、電子デバイスの少なくとも一部を覆い隠すほぼ不透明なカバー部材を含んでいる。このカバー部材内の透光インジケータ構造は、バックライトがカバー部材を透過するように、それぞれのインジケータの形状を画定している。光導電性材料の光学的マトリックス層が、カバー部材の内面に取り付けられ、１または複数のライティングデバイスが光学的マトリックス層に埋め込まれ、関連するインジケータ構造から横方向にオフセットされている。複数のライティングデバイスを、カバー部材の内面に取り付けられた電気回路に接続してもよい。
【０００３】
上記文献は、容量性ボタンにて形成された制御素子についてさらに開示している。これら素子は、ユーザが入力できるように、ユーザの指がカバー部材の外面に押し付けられたときに、ユーザの指を容量式に近接感知することを可能にする。
【０００４】
容量性ボタンにて形成された制御素子は、インジケータ構造を備えたインジケータ窓を画定する透明な光学要素の外側に配置されていることが図面から分かる。より直感的な制御のため、制御素子がインジケータ構造と一致していることが望ましい。このようにして、ユーザは、特定の制御素子に、制御対象の特定の機能を簡単に関連付けできる。しかしながら、このことは、既知のデバイスに対し、容量性要素および／またはそれへの導線がインジケータ窓内のインジケータ構造を覆い隠すことを意味することになる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】国際公開第２０１５／０４９４２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
したがって、改善されたインジケータ構造を提供することが目的であり、これにより、制御素子を設け、インジケータ窓内のインジケータ構造を覆い隠すことなく、インジケータ窓と関連付けられた人の操作（interaction）が特定可能になる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
それによって、請求項１に記載のインジケータ構造が提供される。
【０００８】
請求する対策手段として、導光路内部の光学式センサを提供する。
【０００９】
ＩＲセンサは、窓の前方に配置され、それによって、人の接触や接近に対して良好な感度をもたらす。基板の第２主側面に配置されているセンサは、第２主側面の反対側の第１主側面に位置するインジケータ窓内のインジケータ構造を覆い隠さない。にも拘らず、照明するインジケータ構造の明るさおよび／または均一性を調整するために、任意選択的に、拡散器（diffuser）がインジケータ窓内に置かれることがある。導光路中への光放射の伝達は、ＩＲセンサに面する窓に制限されるため、応答は選択的である。すなわち、窓の境界の外側の赤外放射は、センサに向かって伝達されない（または比較すると強度が不十分である）。このセンサを近接感知に使用する場合、その感度は、窓にて画定される開口角度と、窓とセンサとの間の距離に限定される。これにより、窓は、アイコンを画定する配光を決定するとともに、センサが感度を有する空間角度を決定する２つの目的を果たす。このセンサの高い感度は、それが窓の前方に配置されるという点で達成される。第２反射層の半透明パッチは、センサを（部分的に）隠しており、そのため、この好ましい配置のセンサは、窓を通して見ることができないが、窓の前方での人の接近または接触の結果として、半透明パッチを通して十分なＩＲ放射を受けて適切に応答する。さらに、このセンサの感度は、半透明パッチの特性、例えば、使用される材料の透明度を選択、またはパッチがグリッドとして設けられている場合に、グリッド内の開口にて調整できる。人体にて放出される放射線の波長域に対応する中赤外域（Ｍ−ＩＲ）の放射に応答性を有する代わりに、近赤外（Ｎ−ＩＲ）波長域または可視波長域の放射に感度のある１または複数のセンサを代替的または追加的に有することも可能である。これらは、例えば専用の放射源から発して、手または人工のポインティングデバイスによって、表示素子に向けて反射される放射線に応答性を有し得る。
【００１０】
本出願の文脈において、近接度を感知することは、ポインティングデバイス、特にユーザの指が近接センサモジュールの近接領域の外側にあるか内側にあるかを判定することと見なされる。いくつかの実施形態において、近接センサモジュールは、その近傍にポインティングデバイスがそれに接触しているか、その場合には、どの程度の圧力かを感知するようにさらに構成してもよい。
【００１１】
センサの感度は、拡散の程度を選択することでさらに規定できる。例えば、感度の良い空間角度を狭めるために、より拡散性の高い材料を導光路に使用するとよい。
【００１２】
一実施形態において、半透明パッチは、前記第２反射層が網目状にパターン化されている領域として設けられている。
【００１３】
一実施形態において、第１反射層は、導光路と不透明層との間に配置されている。窓は、第１反射層および不透明層における共通の開口にて画定されている。第１反射層の開口は、例えば、局所的なホットスポットの低減を達成するために、窓にて画定された境界を超えて延びてもよい。また、不透明層の開口は、窓にて画定された境界を超えて延びることも考えられる。これは、反射面を有する層が見えるようになることを意味している。
【００１４】
不透明層は、導光路の第１主側面に向かって延びる１または複数の突起を有してもよい。これによって、（局所的なホットスポットを低減することによって）均一性を改善するために使用できる選択的吸収が達成される。
【００１５】
また、その他の層を設けてもよい。これらは透明であってもよいが、窓の外側に不透明な部分を有してもよい。一例として、１または複数の追加の層を、湿気および他の物質に対するバリアとして、および／または外面を引っかき傷から保護するために設けてもよい。
【００１６】
導光路は、ポリカーボネート（ＰＣ）、ＰＭＭＡ、ＡＢＳ、ＴＰＵ、ＰＶＢなどの透明なマトリックスで形成してもよい。
【００１７】
いくつかの実施形態において、導光路は、未公開の同出願人の欧州特許出願第１８１９５７７９．６号明細書に記載のように、熱成形にて得ることができる。
【００１８】
一実施形態において、少なくとも１つのＩＲセンサは、第２主側面の上に分布し、それぞれの半透明パッチを通して第１主側面に面している複数のＩＲセンサのうちの１つである。この実施形態では、ＩＲ放射がそこから表示素子に入る実体の方向を特定することがさらに可能である。さらに、これにより、動きとその方向を検出することが可能になる。
【００１９】
別の実施態様によれば、上記のような近接感知表示素子を備える近接センサモジュールが提供される。近接センサモジュールにおいて、ＩＲセンサは、容量性センサ、圧力センサ、近赤外線センサ、中赤外線センサから選択される、相互に異なるタイプの複数の近接センサのうちの１つであって、近接センサモジュールは、近接センサにて発した入力近接信号に基づいて、合成近接信号を生成するための出力ユニットをさらに備える。近接センサモジュールのコントローラは、様々なセンサ信号の信頼性および精度を示す分析を実行し、示された信頼性および精度に応じて、合成近接信号、例えばセンサ信号の選択された１つ、または入力センサ信号にて示される距離の加重和を示す信号を与えてもよい。
【００２０】
近接センサモジュールの実施形態は、前述の少なくとも１つの窓の外面を介して前述の光放射センサに向かう方向に、人の指にて反射される少なくとも１つの発光素子にて放出される光放射の一部を受ける光放射センサを備えてもよい。少なくとも１つの発光素子にて透光窓を通して放出された光は、窓を通って人の指にて部分的に反射されて光放射センサに向かう。これに応答して、光放射センサは、前述の受けた光放射を表わす感知信号を生成する。本発明者らは、感知信号は、シグナルプロセッサにて処理されて、人の指が窓の外面に近接している程度を示す近接信号を導出することに適し、および近接信号が、外面に接触しているか、そうである場合に、どの程度の圧力によるかをさらに示すことができることを見出した。
【００２１】
第１アプローチとして、シグナルプロセッサは、近接信号にて示される近接度の推定値を、感知信号にて示される大きさに基づかせている。通常、ユーザの指が少なくとも１つの窓により近く接近すると、より多くの光放射が反射され、ユーザが窓に接触する圧力が増加すると、反射される放射の量がさらに増加する。実際に、１つのスペクトル範囲にて感知された放射の強度を示す単一の成分を示す信号を使用することは、近接センサモジュールが単一のユーザにて使用される場合に、好適に機能する可能性がある。
【００２２】
しかしながら、近接センサモジュールが、相互に異なる肌の色および／または血液循環状態を有する、異なるユーザにて使用される場合には、受けた光放射におけるそれぞれのスペクトル成分を示す少なくとも第１信号成分および第２信号成分を感知信号に与えるように光放射センサが構成されている近接センサモジュールの実施形態において、より安定した圧力／近接指示が得られる可能性がある。本発明者らは、特に、人の指にて反射される光スペクトルの成分は、それによって掛かる圧力に強く依存することに留意した。一実施形態において、前述の受けた光放射のそれぞれのスペクトル成分は、赤色のスペクトル成分および緑色のスペクトル成分である。特に、これらのスペクトル範囲に関して測定された寄与率の圧力依存性は相互に大幅に異なり、その結果として、圧力による変化を他の影響と区別するために、より多くの情報が利用可能である。
【００２３】
様々なタイプのセンサが設けられる場合、選択または重み付けは、例えば、近接度に応じて検出される実体と、ディスプレイの表面との間の距離の最初の推定値にて決定してもよい。様々な近接センサの感度範囲を与えることにより、コントローラは、センサが距離を示す信頼性を判定し、これらのセンサのいずれかからのセンサ信号を選択する必要があるか、またはどの重み付けを適用すべきかを判定できる。
【００２４】
既知の製品において、視覚フィードバックが与えられる場所をユーザの指が厳密に覆うことにより、ユーザ入力に応答する視覚フィードバックが見えない場合があることを、本発明者らはさらに認識していた。このことは、接触場所と別の場所とにおいて視覚フィードバックを用いることで回避できるが、これはユーザを混乱させる可能性がある。この目的で、本開示は、少なくとも１つの窓の外面に人の指が接触する程度を示す感知信号を発する接触センサが設けられた、さらなる実施形態を提供する。近接センサモジュールには、接触センサに結合されたコントローラがさらに設けられ、感知信号を受信する。コントローラは、前述の外面に接触していないことを感知信号が示す場合に取る第１動作モードと、前述の外面に人の指が接触したことの検出を感知信号が示す場合に取る第２動作モードとを少なくとも有している。コントローラは、少なくとも１つの発光素子に結合され、第２動作モードにおいて、制御可能な光源から照射された光が人の指を通して知覚可能となるように、動作モードに依存して制御可能な光源を制御するための駆動信号を発する。これにより、ユーザは、指で覆われた場所において視覚フィードバックを観察できる。光源の動作は、予測または感知される環境条件にさらに依存させてもよい。例えば、屋内用途に対しては、一般的に、屋外用途よりも強度を低くするだけで十分である。用途に応じて所定の設定を用いるか、または接触感知グラフィカルユーザインターフェイスを備えた用途が用いられる環境の明るさを感知する光センサを設けてもよい。また、ユーザの好みに応じて設定を制御するために制御手段を設けてもよく、例えば、オペレータは、第２動作モードにおいて、透光性の低い皮膚を補償できず、またはオペレータの注意を接触感知グラフィカルユーザインターフェイスに直接集中できない状況において、視認性を向上させるためのより高い光強度を有する設定を選択してもよい。
【００２５】
一実施形態において、前述の第２動作モードにて少なくとも１つの発光素子にて照射される光のスペクトルは、６５０〜８００ｎｍの範囲の波長を有する放射にて支配され、この範囲の光放射、特に７００〜７８０ｎｍの範囲での光放射は、人の皮膚を比較的よく透過する。それにより、比較的低い強度の光でも視覚的応答の提供に十分である。その実施形態の一実施形態において、第１動作モードでは、少なくとも１つの発光素子にて照射される光において、少なくとも赤色成分の寄与率は、第２動作モードでの赤色成分の寄与率よりも実質的に低い。それによって、コントローラが第２動作モードを取ったか、または第１動作モードのままであるかが、オペレータにはっきりと見える。第１動作モードでは、制御可能な光源を、駆動信号にてオフに切り替えてもよい。あるいは、制御可能な光源は、０とは異なる比較的低い強度で駆動してもよく、その結果、コントローラは、制御領域を容易に認識できる。制御可能な光源は、中程度の強度で駆動されるため、コントローラが第２動作モードを取ることができない場合であっても、いくらかの光が人の指を通して見えると考えることもできる。第１動作モードにおいて、制御可能な光源にて照射される光において、少なくとも赤色成分の寄与率が、第２動作モードでの赤色成分の寄与率よりも実質的に低いことを条件として、オペレータはなお、誤って取った第１動作モードと、第２動作モードとを視覚的に区別できる。コントローラの応答には小さな遅延、例えば０．５〜１．５秒があり、その結果、オペレータは、制御領域に接触した直後に指を通して照射される比較的低い強度の放射と、遅延後の第２動作モードでの比較的高い強度の放射を簡単に比較できると考えられる。
【００２６】
代替的または追加的に、コントローラは、変調された方法で光源を駆動してもよい。例えば、第１動作モードでは、光源を連続的に駆動してもよく、第２動作モードでは、光源を変調された方法で駆動してもよい。別の例で、第１動作モードでは、光源を変調された方法で駆動してもよく、第２動作モードでは、光源を連続的な方法で駆動してもよい。両方の例において、オペレータは第１動作モードと第２動作モードとを明確に区別できる。後者の例では、第１動作モードでの光源の変調動作が、制御領域に接触することによって入力できるという事実に、オペレータの注意を集中させることに役立つという追加の利点がある。さらに別の例では、第１動作モードおよび第２動作モードの両方において光源が変調されるが、異なる方法、例えば異なる周波数および／または異なるデューティサイクルで変調される。
【００２７】
いくつかの実施形態において、接触センサは圧力センサであってもよく、コントローラは、前述の圧力センサにて示される圧力に依存する方法で駆動信号を発する構成にしてもよい。これにより、オペレータは、接触感知グラフィカルユーザインターフェイスの追加領域を必要とせず、より多くの制御オプションを利用でき、人の指を通して見える光源の動作により、達成された効果に関するフィードバックが提供される。
【００２８】
近接センサモジュールの一実施形態において、赤色成分の寄与率は、人の指にて外面に掛かる圧力量と正の相関関係にある。人の指にてその領域に掛かる圧力量と正の相関関係にある赤色成分の寄与率による応答は、オペレータには直感的に明瞭である。このことは、例えばコントローラの第２動作モードが、少なくとも、その領域に対して人の指にて掛かる圧力量が、所定の閾値より小さいことを感知信号が示す場合に取る第１サブモードと、その領域に対して人の指にて掛かる圧力量が、所定の閾値に少なくとも等しいことを感知信号が示す場合に取る第２のサブモードとを含み、コントローラは、第２サブモードでの赤色成分の寄与率が第１サブモードでのものよりも高くなるように駆動信号を発する構成とする点で当てはまる。一例として、コントローラは、第１動作モード（接触が検出されない）、第２動作モードの第１サブモード（最大でも適度な圧力で接触が検出される）、および第２動作モードの第２サブモード（比較的高い圧力で接触が検出される）に対応する三元応答を提供してもよい。これらの３つの動作モードは、人の指を通して見ることのできる光源の明るさ（それぞれ低，中，高）にて簡単に相互に区別できる。第２動作モードは、第１動作サブモードおよび第２動作サブモードに加え、それぞれが、感知圧力のそれぞれの範囲に対応する、１または複数のさらなるサブモードを含んでもよい。あるいは、コントローラが、第２動作モードでの赤色成分の寄与率が感知信号にて示されるように、掛かる圧力の連続的な増加関数となるように駆動信号を発する構成とされる点において、赤色成分の寄与率が、その領域に対して人の指にて掛かる圧力量と正の相関がある場合がある。
【００２９】
赤色成分の寄与率が人の指にて掛かる圧力量と正の相関がある場合、より高い圧力を掛けているときに光源にて照射された光が人の指をより良く透過する点において、知覚される応答が、わずかにバイアスが掛かる可能性がある。この影響を補償することが考えられる。また、さらなる実施形態において、コントローラは、赤色成分の寄与率が、その領域に対して人の指にて掛かる圧力量に応じて変調するように、駆動信号を発する構成とされる。例えば、三元の場合、控えめまたは低い圧力での接触は、連続的に発する光源を用いて信号を送ることができ、比較的高い圧力での接触は、断続的に動作する光源を用いて信号を送る、例えば各秒に閃光を発してもよい。さらなる代替案として、感知圧力と変調周波数との間に連続的な関係を与えてもよい。
【００３０】
人の皮膚を透過するために必要な比較的高い強度の光が直接見えることを回避するための対策を講じてもよい。このことは、制御領域が人の指で完全に覆われるまで、コントローラが第２動作モードを取らないことで達成してもよい。接触検出に対する応答に遅延を与える対策も、直接目に見える放射の低減に寄与できる。
【００３１】
光源の照明ビームの幅を適切に選択することにより、可視放射の量を制限してもよい。代替的または追加的に、制御領域は、不透明ゾーン内の透光窓にて明示的に区切ってもよい。透光窓および／または光源のビーム幅にて画定される照明領域は、比較的小さく、例えば数ｍｍ２でもよく、例えば人の指で簡単に完全に覆うことができる円形または正方形の領域でもよい。
【００３２】
接触感知グラフィカルユーザインターフェイスには、複数の横方向に分布する制御領域を設けてもよい。各制御領域は、それぞれ一対の接触センサおよび関連する制御可能な光源を有してもよい。関連する光源の制御は、上記に示した実施形態に従って行ってもよい。いくつかの実施形態においては、同じ方法で光源を制御してもよい。このことは、制御領域がオペレータに対して一貫して目に見える応答を提供する点で有利である。その他の状況で、例えば専門的な用途においては、異なる制御領域に異なる応答タイプを与えることが有利な場合がある。例えば、１つの制御領域で、可視応答は、増大された光強度としてもよく、別の制御領域で、視覚応答は、接触検出時の変動する光強度としてもよい。一実施形態においては、関連する接触／圧力センサにて提供される感知信号に従って制御可能な光源のそれぞれを制御する共通のコントローラを設けてもよい。あるいは、接触センサおよびそれに関連する制御可能な光源の各対は、専用のコントローラを有してもよい。
【００３３】
別の実施態様によれば、表示素子への接近を感知する方法が請求項２４に記載されている。
【００３４】
前述の方法の実施形態は、
少なくとも１つの窓（１６）の外面に人の指が接触しているかどうかを感知するステップと、
第１動作モードおよび第２動作モードから選択される動作モードに従って少なくとも１つの発光素子を制御するステップであって、第１動作モードは、制御領域に接触していないことを示す感知信号に対応し、第２動作モードは、接触表面上の制御領域に人の指が接触していることを示す感知信号に対応するステップと、
それによって照射された光が人の指を通して知覚可能となるように、少なくとも１つの発光素子を制御するステップとを含む。
【００３５】
前述の方法の実施形態は、代替的または追加的に、
少なくとも１つの発光素子にて放出され、透光窓を通り人の指にて反射された光放射を示す感知信号を生成するステップと、
感知信号から、人の指にて掛かる圧力に対する指標を計算するステップと、を含む。
【００３６】
後者の実施形態は、時間に対する感知信号の変化を判定するステップをさらに含む。本発明者らによって、瞬時信号値を分離して推定する代わりに、感知された信号の変化の仕方を時間の関数として特定することによって、より正確な近接／圧力感知が達成されることが認識されている。追加的または代替的に、感知信号が、受けた光放射におけるそれぞれのスペクトル成分を示す第１成分および第２成分を少なくとも含む方法において、第１成分の相対変化が第２成分の相対変化に等しいか否かを判定するステップを含む、実施形態において、さらに高度な精度を達成してもよい。
【００３７】
上記およびその他の態様を、以下の図面を参照してさらに詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】近接感知表示素子の実施形態の模式的な断面図である。
【図２】近接感知表示素子の別の実施形態の模式的な断面図である。
【図２Ａ】図２のＩＩで示す上記別の実施形態の背面図である。
【図３】近接感知表示素子の実施形態における第２反射層の一部を示す図である。
【図４】近接感知表示素子のさらに別の実施形態の模式的な断面図である。
【図５】近接感知表示素子の実施形態を備える近接センサモジュールの実施形態の模式図である。
【図６】図５の近接センサモジュールの部分を形成する出力ユニットをより詳細に示す図である。
【図７】上記の近接センサモジュールの実施形態における様々なセンサの応答性を示す模式図である。
【図８Ａ】近接センサモジュールの別の実施形態の模式的な正面図である。
【図８Ｂ】近接センサモジュールの別の実施形態の模式図であって、図８ＡでのＶＩＩＩＢ−ＶＩＩＩＢで示される断面図である。
【図９Ａ】近接感知表示素子の別の実施形態の模式図である。
【図９Ｂ】近接感知表示素子の別の実施形態の模式図である。
【図１０Ａ】上記実施形態が使用される方法の態様を示す図である。
【図１０Ｂ】上記実施形態が使用される方法の態様を示す図である。
【図１０Ｃ】上記実施形態が使用される、方法の態様を示す図である。
【図１１】上記の使用中の時間の関数として感知信号を示す図である。
【図１１Ａ】感知信号を処理するための例示的なシグナルプロセッサを示す図である。
【図１２】近接感知表示素子のさらに別の実施形態を示す模式図である。
【図１３】人の皮膚の光学的特性を示す図である。
【図１４Ａ】上記のさらに別の実施形態の方法で可能な動作モードを示す図である。
【図１４Ｂ】上記のさらに別の実施形態の方法で可能な動作モードを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３９】
図１は、近接感知表示素子１の断面を模式的に示す。近接感知表示素子１は、導光路１０と、少なくとも１つの発光素子３０と、少なくとも１つの赤外線センサ４０とを含み、赤外線センサは、後続において、ＩＲセンサとも表記される。
【００４０】
図１に示すように、導光路１０は、第１主側面１２と、その反対側の第２主側面１４とを有する基板１１を備えている。第１主側面１２は、第１反射層２２を有し、第２主側面１４は、第２反射層２４を有する。第１反射層２２および第２反射層２４はそれぞれ、導光路の内側に面する反射内面２２２，２４２を有する。図示する実施形態において、第２反射層２４は、ＩＲセンサなどの追加の構成要素を担持できる基板としての役割を果たす。他の実施形態で、反射層を、反射内面２４２を有する側面とは反対側の側面の、別個の基板上に配置してもよい。光放射が導光路に出入りすることを可能にするため、少なくとも１つの窓１６が、第１主側面１２に画定されている。少なくとも１つの発光素子３０、例えばＬＥＤは、第２主側面１４にて基板１１に埋め込まれ、上記の導光路内に光放射を生成する。本例で、少なくとも１つの発光素子３０は、一対の発光素子３０のうちの１つである。あるいは、異なる数の発光素子３０を設けてもよい。少なくとも１つのＩＲセンサ４０は、基板１１の第２主側面１４に配置されている。少なくとも１つのＩＲセンサは、第２反射層２４内の半透明パッチ２４０を通して第１主側面１２に面している。
【００４１】
一実施形態において、基板１１は、例えば熱可塑性材料、例えばＰＣ、ＰＭＭＡ、ＴＰＵ、ＰＶＢまたは別の熱可塑性樹脂で製作してもよい。
【００４２】
一実施形態において、表示素子１は、例えば数ｃｍ×数ｃｍオーダー、例えば２×２ｃｍの表面積を有してよい。少なくとも１つのＩＲセンサは、数ｍｍオーダー、例えば２×２ｍｍの横方向の寸法を有してもよい。
【００４３】
図２は、近接感知表示素子１の実施形態を示している。その中に示す近接感知表示素子１は、センサアレイを含み、センサアレイは、それぞれの半透明パッチを通して第１主側面１２に面する第２主側面１４の上に分布する複数のＩＲセンサを備えている。少なくとも１つのＩＲセンサ４０は、上記ＩＲセンサのうちの１つである。ＩＲセンサを備えたセンサアレイは、例えば表面積が比較的小さい場合、単一の構成に一体化するか、または、表面積が大きい場合には、それぞれが単一のＩＲセンサまたはアレイのサブセットを備えた、別個の構成として設けてもよい。ＩＲセンサは、それぞれから感知された値を読み取るために、個別にアドレス指定可能としてもよい。例えば、図２におけるビューＩＩに対応して、図２Ａに示す実施形態において、指定された少なくとも１つのＩＲセンサ４０は、行アドレスユニット５１にてインデックス３、および列アドレスユニット５２にてインデックス４でアドレス指定される。コントローラ５０は、外部信号処理装置（図示せず）とのインターフェースとして設けられ、行アドレスユニット５１および列アドレスユニット５２を制御する。これにより、実体Ｅ（例えば、ユーザの指）がディスプレイに近づく方向を検出可能になり、他の発生源から受けたＩＲ放射からのユーザ入力のより正確な識別を容易にする。例えば、実体Ｅが表示画面に対して所定の位置を有するドライバであるとの知識により、ドライバ入力は特定の方向から来ていること、およびその他の検出信号は他の発生源から、例えば太陽放射から生じていることを仮定できる。
【００４４】
図３は、近接感知表示素子の実施形態における第２反射層２４の一部を示す。この一部は、その反射内面２４２側から示している。ＩＲセンサ４０用の半透明パッチ２４０（破線で示す輪郭）は、上記の第２反射層２４２が網目状にパターン化された領域として設けられている。
【００４５】
図４は、第１反射層２２が導光路１０と不透明層２６との間に配置されている近接感知表示素子の実施形態を示す。不透明層２６は、観察者に対して表示するアイコンのパターンを有してもよい。図４に示す実施形態において、不透明層２６は、導光路の第１主側面１２に向かって延びる１または複数の突起２６２を有している。これにより、第１主側面１２にて見ることのできる強度分布を制御できる。図４に示す実施形態において、第１反射層２２は、端部２３、例えば数百、例えば２５０ミクロンから数ｍｍ、例えば２または３ｍｍの範囲内の幅を有してもよく、例えばポリカーボネートなどのポリマーに結合される。
【００４６】
表示素子が使用される状況に応じ、少なくとも１つのＩＲセンサ４０の波長範囲を選択してもよい。その使用が比較的低温の環境である場合、少なくとも１つのＩＲセンサは、Ｍ−ＩＲセンサとして設けてもよい。その場合、センサ４０は、人体の波長範囲の赤外線を検出できる。熱源が存在する可能性がある場合、例えば太陽に晒された車内の場合、対象物体は通常、同じ範囲で放射し、誤検知（false positive）を引き起こす。その場合、少なくとも１つのＩＲセンサ４０として、近赤外線Ｎ−ＩＲセンサに限らず、可視範囲で検出するためのセンサでさえも選択してもよい。そのようなセンサは、その放出された放射線が、検出対象の実体にてセンサ４０に向けて反射できるが、直接、センサに到達できないように配置され、適切な放射線源（６０、図に破線で示す）と組み合わせてもよい。
【００４７】
図５に示すように、近接センサモジュール２は、例えば図１〜図４を参照して示す実施形態のうちの１つによる近接感知表示素子１を含めてよい。図５に示す近接センサモジュール２の実施形態において、ＩＲセンサ４０、ここではＭ−ＩＲセンサは、相互に異なるタイプの複数の近接センサのうちの１つである。図示するこの実施形態において、近接センサモジュール２は、Ｎ−ＩＲセンサ４１、容量性センサ４２、および圧力センサ４３をさらに含んでいる。近接センサモジュール２は、出力ユニット７をさらに備え、近接センサ４０，４１，４２，４３にて発する入力信号Ｓ４０，Ｓ４１，Ｓ４２，Ｓ４３に基づいて合成された近接信号Ｓｐｒｏｘを生成する。圧力センサは、窓１６の周りにリング状に設けてもよい。
【００４８】
図６は、出力ユニット７の実施形態をより詳細に示している。出力ユニット７は、センサ４０，４１，４２，４３のそれぞれについて、センサから受信した入力信号に応答して標準化された出力信号Ｓ７０，Ｓ７１，Ｓ７２，Ｓ７３を発する、それぞれの前処理ユニット７０，７１，７２，７３を備えている。出力信号は、出力信号Ｓ７０，Ｓ７１，Ｓ７２，Ｓ７３の同じ信号値が、ディスプレイ１の表面に至るまでの実体Ｅの距離が同じであることを表わすという意味で標準化されている。コントローラ７５は、（標準化された）出力信号Ｓ７０，Ｓ７１，Ｓ７２，Ｓ７３を受信し、これらの信号のうちのどれが最も信頼できる距離の指示を提供するかを特定して、選択素子７６に最も信頼できるものとして特定された信号を選択させる選択信号Ｓｅｌを発する。コントローラは、例えば、複数の標準化された信号Ｓ７０，Ｓ７１，Ｓ７２，Ｓ７３が、実体とディスプレイの表面との間の距離が特定の範囲内にあることを示すと判定し、その範囲において通常、最高の性能を有する検出器に対応する標準化された信号の１つを選択してもよい。センサからの選択が固定された順序、例えば圧力センサ、容量性センサ、Ｎ−ＩＲセンサ、Ｍ−ＩＲセンサの順序で行われる場合には、選択を決定するための標準化は不要になることがある。言い換えると、これらのセンサの１つが距離を特定するために現在選択されており、この現在選択されたセンサによって、検出された距離がそれに割り当てられた検出範囲の下限／上限にあることが検出された場合には、対応する上限／下限を有する検出範囲に割り当てられたセンサが選択される。あるいは、またはそれに加え、検出器またはその前処理装置にて提供される信頼性インジケータに基づいて選択を行ってもよい。さらに、出力ユニット７は、選択素子７６の代わりに、標準化された信号値の加重和を計算する加重加算器を有することも考えられ、この場合には、これらの信号値に割り当てられた重みが、それらの信頼性と正の相関があり、例えば比例するとともに、重みの合計が１になる。
【００４９】
図７は、センサ４０〜４３の応答性を、距離ｄの関数としての模式的に示している。Ｍ−ＩＲセンサ４０は、比較的広い範囲（ｄ＞ｄ０１）、例えば数ｄｍ以上から数ｍまでに対し、Ｎ−ＩＲセンサ４１は、中間範囲（ｄ１２＜ｄ≦ｄ０１）、例えば数ｃｍから数ｄｍまでに対し、容量性センサ４２は、数ｃｍオーダーの短距離（ｄ２３（＝０）＜ｄ≦ｄ１２）に対し、圧力センサ４３は、負の（押し込まれた）範囲に対して特に適している。コントローラ７５は、標準化された出力信号Ｓ７０，Ｓ７１，Ｓ７２，Ｓ７３から距離ｄｅｓｔを推定してもよく、続いて、選択素子７６に、推定された距離を含む検出範囲を有するセンサに関連する、標準化された出力信号を選択させてもよい。
【００５０】
図８Ａおよび図８Ｂは、近接センサモジュールの別の実施形態を模式的に示している。そのうち、図８Ａは正面図を示し、図８Ｂは図８ＡにおけるＶＩＩＩＢ−ＶＩＩＩＢで示す断面を示している。本実施形態において、窓１６Ａ，１６Ｒ，１６Ｂは、導光路の第１主側面１２に設けられている。窓１６Ａ，１６Ｒ，１６Ｂはアイコンとして形成されている。アイコン１６Ｒは矢印を表わしている。近接センサモジュールは、第１ＩＲセンサ素子４０、および第２ＩＲセンサ素子４１を有している。コントローラ７は、それらから信号を分析して、以下を検出してもよい。
【００５１】
Ａ：比較的強い定常入力信号Ｓ４０がセンサ４０から受信される。これは、アイコンＡに対応するオプションの選択を示す可能性がある。
【００５２】
Ｂ：比較的強い定常入力信号Ｓ４１がセンサ４１から受信される。これは、アイコンＢに対応するオプションの選択を示す可能性がある。
【００５３】
Ｃ：減少する入力信号Ｓ４０がセンサ４０から受信される一方、強度が増大する入力信号Ｓ４１がセンサ４１から受信される。これは、アイコンＲに対応するオプションの選択を示す可能性がある。コントローラによる応答は、逆の意味での入力信号Ｓ４０，Ｓ４１の時間依存性を無視しながら、ユーザがオプションＣを選択したことの指示として、この時間依存性のみを認識する点で方向に敏感にしてもよい。
【００５４】
図９Ａおよび図９Ｂは、近接感知表示素子用の近接センサモジュールの別の実施形態を模式的に示している。本実施形態において、近接センサモジュールは、光放射センサ４４を備えている。窓１６を透過する発光素子３０からの光放射の一部は、その窓の外面１６ｌまたはその近くの人の指Ｆの表面から反射して、光放射センサ４４の方向に窓１６を透過して戻り得る。光放射センサ４４は、それに応答して、受けた光放射を表わす感知信号Ｉｓｅｎｓｅを生成する構成とされている。光放射センサに結合されたシグナルプロセッサ７は、感知信号を受信し、それに応答して、人の指が外面１６ｌの近傍に存在する程度を示す近接信号Ｉｐｒｏｘを生成する構成とされている。近接信号Ｉｐｒｏｘは、さらに、外面１６ｌに接触しているか、その場合に、どの程度の圧力によるかを、さらに示してもよい。
【００５５】
デバイスに係る実施形態は、発光素子３０として白色発光ＬＥＤを用い、光放射センサ４４としてａｐｄｓ−９９６０センサを用いて製作される。図１０Ａ、図１０Ｂおよび図１０Ｃの写真は、それぞれ、低い指圧、適度な指圧、および強い指圧における接触面１６ｓの反対側の位置から撮影されたものである。
【００５６】
図１１は、光放射センサ４４から得た感知信号を時間の関数として示している。赤成分信号、緑成分信号、および青成分信号を示すセンス信号Ｒ，Ｇ，Ｂは、それらの公称値のパーセンテージとして表されている。
【００５７】
ｔ＝０からｔ＝ｔ１（＋／−３ｓ）までの時間間隔において、人の指は検出範囲外にあり、信号Ｒ，Ｇ，Ｂは、おそらく窓１６の内面および外面における内部反射によって約５％の無意味度合にある。
【００５８】
ｔ１〜ｔ２（＋／−４ｓ）の時間間隔において、指は窓１６の外面１６ｌに近づき、その結果、すべての信号レベルが連動して増大する。図１０Ａは、時点ｔ２での状況を示している。
【００５９】
続いて、時間間隔ｔ２〜ｔ３（８ｓ）において、圧力は、図１０Ａに示すように、ほぼ０から中間圧力（図１０Ｂ）を介して図１０Ｃに示す高圧に増大する。図１０Ａの状態と比較して、Ｒ成分の相対的寄与率は、掛かる圧力Ｐに関係なく、他の成分Ｇ，Ｂのそれよりも高い。
【００６０】
つまり、Ｐ＞０であれば、Ｒ＞Ｇ＞Ｂである。
【００６１】
ただし、圧力がさらに増大すると、比Ｒ／Ｇ、およびその程度は、低いながらＢも減少する。これにより、この比率を圧力の別の指標として用いることができる。例えば、特に時間間隔ｔ４〜ｔ５（１２〜１５秒）およびｔ６〜ｔ７（２２〜２５秒）においては、時間間隔ｔ５〜ｔ６（１５〜２２秒）およびｔ７〜ｔ８（２２〜３７ｓ）よりも、実質的に高い圧力が掛かっている。図１１に示すように、より低い圧力が掛かっている間、比Ｒ／Ｇは約１．６であり、より高い圧力が掛かっている間、この比は約１〜３＝１．４に低下する。
【００６２】
図１１において、全信号Ｒ，Ｇ，Ｂが、時間間隔（ｔ３，ｔ４；ｔ５，ｔ６；ｔ７，ｔ８）中の心拍に対応する変調を示すことをさらに観察できる。また、この現象を、掛かった圧力の指示として検出してもよい。
【００６３】
なお、近接センサモジュールはまた、表示素子内以外の他の用途において、別個のモジュールとして用い得ることに留意されたい。例えば、それは、近接／圧力検出を示す音声フィードバックを提供する素子、または制御されたデバイスへの接触入力の効果以外のフィードバックを提供しない素子に用いてもよい。例えば、近接センサモジュールは、ライティング機器の制御に用いてもよく、ユーザは、接触入力の結果として生じる変化したライティングパターンを観察する。一実施形態において、図９Ａおよび図９Ｂに示す近接センサモジュールは、例えば図６および図７を参照して説明した方法で、赤外線検出器などの他のセンサと組み合わせて用いてもよい。これにより、シグナルプロセッサ７が最も信頼性の高い感知信号を出力信号として選択、または入力信号をその信頼性および精度に従って適切に重み付けすることによって入力感知信号から出力信号を構築する点で、非常に高精度を得ることができる。あるいは、図９Ａおよび図９Ｂに示す圧力センサモジュールを、自律的に用いてもよい。
【００６４】
図１１Ａは、光放射センサ４４からの感知信号Ｉｓｅｎｃｅを処理するために用いることができる例示的なシグナルプロセッサ７を示す。図示する実施形態において、光放射センサ４４は、受けた光放射でのそれぞれのスペクトル成分Ｒ，Ｇ，Ｂを示す少なくとも第１および第２信号成分ＩｓＲ，ＩｓＧ，ＩｓＢを有する感知信号Ｉｓｅｎｓｅを発する構成とされている。図１１Ａに示す実施形態において、シグナルプロセッサ７は、感知信号Ｉｓｅｎｓｅから成分ＩｓＲ，ＩｓＧ，ＩｓＢを分離するために、逆多重化構成要素（de-multiplexing component）７０３を備えている。または、光放射センサ４４は、これらの成分を提供するための別個の出力を有していてもよい。
【００６５】
図１１Ａに示すシグナルプロセッサ７は、人の指が窓１６の外面１６ｌの近傍にある程度を示す、例えばその面までの距離を示す、近接信号Ｉｐｒｏｘを発するための出力を有している。シグナルプロセッサは、さらに、外面１６ｌに接触しているか否かを示すためにバイナリ信号Ｔ／−Ｔを発するための別個の出力を有してもよい。さらに、シグナルプロセッサ７は、信号Ｉｐｒｅｓｓを発するための出力を有してもよい。外面１６ｌに接触している場合、この信号は、どの圧力で発生するかを示すものである。あるいは、信号Ｉｐｒｏｘが、この情報をすべて提供できる。例えば、信号Ｉｐｒｏｘは、表面に接触しているかを示す極性を有してもよく、一方の極性は、信号Ｉｐｒｏｘの大きさが、表面までの距離を示してもよく、他方の極性は、信号Ｉｐｒｏｘの大きさが表面に掛かる圧力を示してもよい。図示する実施形態において、シグナルプロセッサ７は、様々な信号特性に基づいて、それぞれが、適切な近接指示信号Ｉｐｒｏｘ１，Ｉｐｒｏｘ２，Ｉｐｒｏｘ３，Ｉｐｒｏｘ４，Ｉｐｒｏｘ５を生成する様々な近接度推定構成要素７１０，７２０，７３０，７４０，７５０を有している。これらの近接指示信号はそれぞれ、指と表面との間の距離および表面に掛かる圧力の１または複数に関する情報を提供する。
【００６６】
第１近接度推定構成要素７１０は、感知信号にて示される大きさの関数としての近接度（または圧力）の推定値を示す出力信号Ｉｐｒｏｘ１を発する。この場合、この目的で用いられる感知信号の大きさは、赤色成分Ｒを示す信号ＩｓＲの大きさである。しかしながら、他の信号ＩｓＢ，ＩｓＧまたはそれらの組合せのうちの、代わりの１つをこの目的のために使用してもよい。大きさは、表面に接触していない場合、距離に対して実質的に単調に減少する関数であり、表面に接触している場合、圧力に対して実質的に単調に増加する関数であることが分かっている。
【００６７】
第２および第３近接度推定構成要素７２０，７３０は、感知信号の別の成分ＩｓＲに対する感知信号の成分ＩｓＧ，ＩｓＢの大きさの関数として近接度を示す出力信号Ｉｐｒｏｘ２，Ｉｐｒｏｘ３を発する。第２近接度推定構成要素７２０は、信号成分ＩｓＧ，ＩｓＲにて示される大きさ比の関数として出力信号Ｉｐｒｏｘ２を生成し、第３近接度推定構成要素７３０は、信号成分ＩｓＢ，ＩｓＲにて示される大きさ比の関数として出力信号Ｉｐｒｏｘ３を生成する。信号Ｉｐｒｏｘ２，Ｉｐｒｏｘ３は、接触圧力の点では特に近接度を示すが、距離の点では近接度を示すことが少ない。
【００６８】
第４近接度推定構成要素７４０は、時間における感知信号の大きさの変化の関数としての近接度の大きさの推定値を示す出力信号Ｉｐｒｏｘ４を発する。感知信号の大きさは、信号から平均値計算構成要素７０７にて計算された信号Ｉａｖにて示す平均値である。または、平均値計算構成要素７０７が、入力信号成分ＩｓＲ，ＩｓＧ，ＩｓＢのうちの２つを用いるか、または第４近接度推定構成要素７４０が、入力信号成分ＩｓＲ，ＩｓＧ，ＩｓＢのうちの１つをその入力として用いてもよい。近接度推定構成要素７４０は、その絶対値ではなく、その入力信号における変化に基づいて、その出力信号Ｉｐｒｏｘ４にて示される近接度を推定する。このようにして、指示は、例えば、血圧や環境温度の影響を受ける可能性がある、例えば肌の色による感知信号Ｉｓｅｎｓｅにおける、ある種のバイアスから独立している。
【００６９】
第５近接度推定構成要素７５０は、５０〜２２０Ｈｚの周波数範囲におけるＡＣ成分の振幅にて示される、近接度の推定値を示す出力信号Ｉｐｒｏｘ５を発する。構成要素７４０と同様に、この構成要素７５０もまた、それらの信号から平均値計算構成要素７０７にて計算される信号Ｉａｖにて示す平均値を用いる。あるいは、平均値計算構成要素７０７が、入力信号成分ＩｓＲ，ＩｓＧ，ＩｓＢのうちの２つを用いるか、または第５近接度推定構成要素７５０が、入力信号成分ＩｓＲ，ＩｓＧ，ＩｓＢのうちの１つをその入力として用いてもよい。信号成分ＩｓＲ，ＩｓＧ，ＩｓＢにて示される強度Ｒ，Ｇ，Ｂは、ユーザの心拍に対応する周波数にて変調され、および表面がユーザの指に接触しているときに、振幅は、表面に対して掛かる圧力に強く相関することが分かっている。特に、検出された振幅は、掛かる圧力に対する実質的に単調に減少する関数であることが見出された。（ほぼ）指が表面に接触していない場合、心拍は検出できない。
【００７０】
上記から明らかなように、様々な近接表示信号Ｉｐｒｏｘ１，Ｉｐｒｏｘ２，Ｉｐｒｏｘ３，Ｉｐｒｏｘ４，Ｉｐｒｏｘ５は、以下の表に要約するように、相互に異なる適用範囲を有している。
【００７１】
【表１】
2022500752.tif 000003
【００７２】
図１１Ａに示すシグナルプロセッサは、上述した近接度推定構成要素７１０，７２０，７３０，７４０，７５０からの出力信号Ｉｐｒｏｘ１，Ｉｐｒｏｘ２，Ｉｐｒｏｘ３，Ｉｐｒｏｘ４，Ｉｐｒｏｘ５に基づいて近接度の推定値を示す出力信号Ｉｐｒｏｘを計算する結合構成要素（combination component）７０５をさらに備えている。図示する実施形態において、信号Ｉｐｒｏｘは、出力信号Ｉｐｒｏｘ１，Ｉｐｒｏｘ２，Ｉｐｒｏｘ３，Ｉｐｒｏｘ４，Ｉｐｒｏｘ５のそれぞれにて示す近接度（距離／圧力）の加重平均を、それらの精度の推定値に応じて示すことができる。一実施形態において、重み付けはバイナリでもよく、信号Ｉｐｒｏｘ１，Ｉｐｒｏｘ２，Ｉｐｒｏｘ３，Ｉｐｒｏｘ４，Ｉｐｒｏｘ５のうちの１つが出力信号Ｉｐｒｏｘとして選択される。結合構成要素は、例えば図６に示すような、１または複数のその他のセンサ４０，４１，４２，４３からの１または複数の（標準化された）出力信号Ｓ７０，Ｓ７１，Ｓ７２，Ｓ７３をさらに用いてもよい。例えば、容量性センサ４２に対して透光材料（例えば、透明な導電性酸化物、例えば、ＩＴＯ）が用いられることを条件として、この目的のために窓１６の近く、または場合によっては窓にて画定される領域内部に、容量性センサ４２を設けてもよい。
【００７３】
図１２は、近接感知表示素子のさらに別の実施形態を模式的に示している。本実施形態においては、窓１６の外面１６ｌに人の指が接触している程度を示す感知信号Ｉｓｅｎｓｅを発するために接触センサ４５、例えば図６に示すセンサ４０，４１，４２，４３のうちの１つ、または図９Ａおよび図９Ｂに示すセンサ、またはそれらの組合せが設けられている。さらに、コントローラ８は、接触センサ４５に結合され、感知信号Ｉｓｅｎｓｅを受信する。図１４Ａおよび１４Ｂに示すように、コントローラは、少なくとも潜在的な第１動作モードＭ１および第２動作モードＭ２を有している。コントローラ８は、外面に接触していないことを感知信号が示す場合、第１動作モードＭ１を取る構成とされ、外面１６ｌに人の指が接触したことの検出を感知信号が示す場合、第２動作モードＭ２を取る構成とされている。第２動作モードにおいて、コントローラ８は、発光素子３０に結合され、制御可能な光源から照射された光が人の指を通して知覚可能となるように、動作モードに応じて、制御可能な光源を制御する駆動信号Ｉｄｒｉｖｅを発する。これにより、ユーザの指が窓を覆う位置において視覚的なフィードバックを提供できる。本実施形態において、第２動作モードにて発光素子３０から放出される光のスペクトルは、６５０〜８００ｎｍの範囲の波長を有する放射にて支配されている。図１３に模式的に示すように、人の皮膚は、このスペクトル範囲、特に７００〜７８０ｎｍの範囲内で比較的高い透光性を有し、この放射は、ユーザにとって十分に知覚され得るものである。それによって、比較的低い強度で十分と認められる。第１動作モードＭ１では、光放射が見える必要はない。したがって、第１動作モードＭ１においては、発光素子３０にて照射された光につき、少なくとも赤色成分の寄与率は、第２動作モードＭ２での赤色成分の寄与率よりも実質的に低くてもよい。したがって、制御可能な光源から照射された光が、第２動作モードにおいてのみ人の指を通して知覚可能である点から、接触の検出を可視化できる。あるいは、コントローラ８は、放出光での少なくとも赤色成分の寄与率がコントローラの動作モードに応じて変調するように駆動信号Ｉｄｒｉｖｅを発する構成にしてもよい。
【００７４】
接触センサ４５は、圧力センサ、例えば図９Ａおよび図９Ｂを参照して説明した圧力センサとして設けてもよく、コントローラ８は、上記圧力センサにて示されるような圧力に依存する方法で駆動信号Ｉｄｒｉｖｅを発する構成にしてもよい。図１４Ｂに示す実施形態において、このことは、コントローラ８の第２動作モードＭ２が、少なくとも、その領域上に人の指によって掛かる圧力量が所定の閾値より小さいことを感知信号が示す場合に取る第１サブモードＭ２１と、その領域上に人の指によって掛かる圧力量が少なくとも所定の閾値と等しいことを感知信号が示す場合に取る第２サブモードＭ２２とを含み、コントローラは、第２サブモートでの赤色成分の寄与率が、第１サブモードの場合よりも高くなるように、駆動信号を発する構成とされている点で当てはまる。
【００７５】
あるいは、第２動作モードＭ２での赤色成分の寄与率が、感知信号Ｉｓｅｎｓｅにて示すような、掛かる圧力に対して連続的に増加する関数となるように、駆動信号Ｉｄｒｉｖｅを発するようにコントローラが構成されている点で、赤色成分の寄与率は、人の指によって掛かる圧力量と正の相関を持たせてもよい。
【００７６】
領域１６ｌ上に人の指によって掛かる圧力量に応じて赤色成分の寄与率が変調するように駆動信号Ｉｄｒｉｖｅを発するコントローラ８と構成してもよい。
【００７７】
いくつかの実施形態において、制御領域１６ｌが人の指で完全に覆われるまで、コントローラは第２動作モードを取らない。これにより、その領域が覆われる前に、光放射のためにユーザの目が部分的に減感されることが回避される。これにより、人の指を透過した光放射をより容易に知覚できる。追加の対策手段として、第２動作モードへの状態遷移に、例えば０．２から０．７秒の遅延を与えてもよい。
【００７８】
一実施形態において、制御領域１６ｓは、接触面上の複数の横方向に分布する制御領域のうちの１つであり、複数の横方向に分布する制御領域の各制御領域は、それぞれ一対の接触センサおよび関連する制御可能な光源を有していてもよい。
【００７９】
特許請求の範囲において、「備える（comprising）」の語は、他の要素またはステップを除外するものではなく、また不定冠詞「ａ」または「ａｎ」は、複数を除外するものではない。単一の構成要素またはその他のユニットは、特許請求の範囲に記載された、いくつかの項目の機能を果たすことができる。ある種の対策手段が、相互に異なる請求項に記載されているという単なる事実は、これらの対策手段の組合せを有利に使用できないことを示すものではない。特許請求の範囲における参照記号は、その範囲を限定するものとして解釈されるべきではない。
【図１】
2022500752.tif 000004
【図２】
2022500752.tif 000005
【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６】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０Ａ】
2022500752.tif 000016
【図１０Ｂ】
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【図１０Ｃ】
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【図１１】
2022500752.tif 000019
【図１１Ａ】
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【図１２】
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【図１３】
2022500752.tif 000022
【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【手続補正書】
【提出日】令和3年5月12日(2021.5.12)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの発光素子（３０）にて放出され、前記少なくとも１つの窓（１６）の外面を経由して、透光窓を通り前記光放射センサ（４４）に向かう方向に、人の指にて反射された、光放射の一部を受けて、前記受けた光放射を表わす感知信号（Ｉｓｅｎｓｅ）を生成するための光放射センサ（４４）と、
前記光放射センサに結合され、前記感知信号を受信し、それに応答して、前記感知信号にて示される大きさの関数として人間の指にて加えられる圧力を示す近接信号（Ｉｐｒｏｘ）を生するシグナルプロセッサ（７）と、
を備えた近接センサモジュール。
【請求項２】
前記光放射センサ（４４）は、前記受けた光放射におけるそれぞれのスペクトル成分（Ｒ，Ｇ，Ｂ）を示す、少なくとも第１および第２信号成分（ＩｓＲ，ＩｓＧ，ＩｓＢ）を含む前記感知信号（Ｉｓｅｎｓｅ）を発する構成とされている、
請求項１に記載の近接センサモジュール。
【請求項３】
前記受けた光放射における前記それぞれのスペクトル成分は、赤色スペクトル成分（Ｒ）および緑色スペクトル成分（Ｇ）である、
請求項２に記載の近接センサモジュール。
【請求項４】
前記シグナルプロセッサ（７）は、前記感知信号にて示される大きさの関数として、近接度の推定値を示す出力信号（Ｉｐｒｏｘ１）を発する近接度推定構成要素（７１０）を有する、
請求項１から３のいずれか一項に記載の近接センサモジュール。
【請求項５】
前記シグナルプロセッサ（７）は、前記感知信号の別の成分（ＩｓＲ）に対する前記感知信号の成分の大きさ（ＩｓＧ，ＩｓＢ）の関数として、近接度の推定値を示す出力信号（Ｉｐｒｏｘ２、Ｉｐｒｏｘ３）を発する近接度推定構成要素（７２０，７３０）を有する、
請求項１から４のいずれか一項に記載の近接センサモジュール。
【請求項６】
前記シグナルプロセッサ（７）は、時間に対する感知（成分）の大きさの変化の関数として、近接度の推定値を示す出力信号（Ｉｐｒｏｘ４）を発する近接度推定構成要素（７４０）を有する、
請求項１から５のいずれか一項に記載の近接センサモジュール。
【請求項７】
前記シグナルプロセッサ（７）は、５０〜２２０Ｈｚの周波数範囲でのＡＣ成分の振幅にて示される、近接度の推定値を示す出力信号（Ｉｐｒｏｘ５）を発する近接度推定構成要素（７５０）を有する、
請求項１から５のいずれか一項に記載の近接センサモジュール。
【請求項８】
請求項４から７の２以上の請求項に記載された近接度推定構成要素からの出力信号に基づいて、近接度の推定値を示す出力信号（Ｉｐｒｏｘ）を生成する結合構成要素を備える、近接センサ。
【請求項９】
請求項１から８のいずれか一項に記載の近接センサモジュールを備えた近接感知表示素子であって、
第１および第２反射層（２２，２４）をそれぞれ有する相互に反対向きの第１および第２主側面（１２，１４）を備えた基板（１１）を具備する導光路（１０）であって、前記第１および第２反射層（２２，２４）が前記導光路の内側に面する反射内面（２２２，２４２）を有し、光放射が前記導光路に出入りできるように、少なくとも１つの窓（１６）が前記第１主側面に設けられた導光路（１０）と、
前記導光路内に光放射を生成するためのものであって、前記基板の前記第２主側面に位置する少なくとも１つの発光素子（３０）と、
前記第２反射層（２４）における半透明パッチ（２４０）を通して前記第１主側面に面し、前記基板の前記第２主側面に配置された少なくとも１つのＩＲセンサ（４０）と、を備え、
前記ＩＲセンサは、容量性センサ、圧力センサ、近赤外センサおよび中赤外センサから選択される、相互に異なるタイプの複数の近接センサのうちの１つであり、
前記近接センサモジュールは、前記近接センサにて発する入力近接信号に基づいて合成近接信号を生成する出力ユニットをさらに備え、
前記出力ユニットは、選択ユニットと、センサの推定値が近接センサの感度範囲内な場合に、前記選択ユニットに前記近接センサのうちの特定の１つからの入力近接信号を選択させるコントローラとを含んでいる、
近接感知表示素子。
【請求項１０】
それぞれの半透明パッチを通して前記第１主側面に面する前記第２主側面上に分布する複数のＩＲセンサを有するセンサアレイを備え、
前記少なくとも１つのＩＲセンサ（４０）は、前記ＩＲセンサのうちの１つである、
請求項９に記載の近接感知表示素子（１）。
【請求項１１】
前記半透明パッチ（２４０）は、前記第２反射層が網目状にパターン化された領域として設けられている、
請求項９に記載の近接感知表示素子。
【請求項１２】
前記第１反射層（２２）は、前記導光路（１０）と不透明層（２６）との間に配置されている、
請求項９から１１のいずれか一項に記載の近接感知表示素子。
【請求項１３】
前記不透明層（２６）は、前記導光路の前記第１主側面（１２）に向かって延びる１または複数の突起（２６２）を有する、
請求項１２に記載の近接感知表示素子。
【請求項１４】
請求項９から１３のいずれか一項に記載の近接感知表示素子を備える、近接感知表示パネル。
【請求項１５】
半透明の窓（１６）の外面（１６ｌ）への近接を感知する方法であって、
少なくとも１つの発光素子（３０）から放射された光を、前記半透明の窓を通して透過させ、
前記少なくとも１つの発光素子（３０）にて放射され、前記半透明の窓を通って人間の指（Ｆ）にて反射される前記光の放射を示す感知信号を生成し、
前記感覚信号から人間の指にて加えられた圧力（Ｉｐｒｅｓｓ）を計算する、方法。
【国際調査報告】
2022500752.tif 000025
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2022500752.tif 000027
2022500752.tif 000028
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