(57)【要約】  光検出器の出力信号に基づいて、タッチ面における各光路の光エネルギー値を判定し、その光エネルギー値に基づいて各光路の透過値を生成するように構成された光学式ＩＲタッチ検知装置である。その後、プロセッサは、生成した透過値の少なくとも一部に対して画像再構成アルゴリズムを作動させ、タッチ面上の接触物体の位置と、物体がタッチ面に接触することに起因する光の減衰に対応する減衰値とを求めるように構成されている。プロセッサは、それらの値を使用して、物体の種類を識別するように構成されている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
タッチ検知装置であって、
タッチ面（２０）と、
前記タッチ面（２０）の周縁の周りに配置されたエミッタのセットであって、前記タッチ面（２０）に接触する物体（６０）が光の減衰を生じさせるように光のビームを発するエミッタ（３０ａ）のセットと、
前記タッチ面（２０）の周縁の周りに配置されて、複数の光路上のエミッタ（３０ａ）のセットから光を受信する光検出器（３０ｂ）のセットであって、各光検出器が、複数のエミッタ（３０ａ）から光を受信するようにそれぞれ配置された、光検出器（３０ｂ）のセットと、
信号プロセッサ（１３０）であって、
前記光検出器（３０ｂ）の出力信号に基づいて、各光路の光エネルギー値を測定し、
前記光エネルギー値に基づいて各光路の透過値を生成し、
生成した透過値の少なくとも一部に対して画像再構成アルゴリズムを作動させて、
−前記タッチ面（２０）上の物体（６０）の位置と、
−物体（６０）が前記タッチ面（２０）に接触することに起因する光の減衰に対応する減衰値とを求め、
前記減衰値に応じて物体（６０）の種類を判定する、
ように構成された信号プロセッサとを備えることを特徴とするタッチ検知装置。
【請求項２】
請求項１に記載のタッチ検知装置において、
前記画像再構成アルゴリズムが、透過断層撮影用のアルゴリズムであることを特徴とするタッチ検知装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載のタッチ検知装置において、
前記タッチ面（２０）および反対面を規定する光透過性パネル（１０）をさらに備え、前記エミッタ（３０ａ）が、前記タッチ面と前記反対面との間の内部反射による伝播のために前記パネル内に光を導入するように構成され、前記検出器（３０ｂ）が、前記パネル内を伝播する光を受信するように構成されていることを特徴とするタッチ検知装置。
【請求項４】
請求項１または２に記載のタッチ検知装置において、
前記エミッタ（３０ａ）が、前記タッチ面（２０）の上方に光のビームを送信するように構成され、前記検出器（３０ｂ）が、前記タッチ面（２０）の上方を進行する光のビームを受信するように構成されていることを特徴とするタッチ検知装置。
【請求項５】
請求項１乃至４の何れか一項に記載のタッチ検知装置において、
前記減衰値に応じて、物体（６０）とタッチ面（１）との間の相互作用領域の判定が行われることを特徴とするタッチ検知装置。
【請求項６】
請求項４に記載のタッチ検知装置において、
前記エミッタ（３０ａ）により送信されて前記検出器（３０ｂ）により受信された光のビームが、前記タッチ面（２０）から５ｍｍ以内に延在していることを特徴とするタッチ検知装置。
【請求項７】
請求項１乃至６の何れか一項に記載のタッチ検知装置において、
前記信号プロセッサ（１３０）がさらに、複数の物体ＩＤを記憶するように構成され、各物体ＩＤが、関連する減衰値の範囲を有することを特徴とするタッチ検知装置。
【請求項８】
請求項７に記載のタッチ検知装置において、
前記信号プロセッサ（１３０）がさらに、物体の減衰値に対応する減衰値の範囲を有する物体ＩＤを識別し、物体ＩＤを物体に関連付けるように構成されていることを特徴とするタッチ検知装置。
【請求項９】
請求項８に記載のタッチ検知装置において、
識別するステップが、前記減衰値が安定していると判定されるまで、前記信号プロセッサ（１３０）によって実行されないことを特徴とするタッチ検知装置。
【請求項１０】
請求項９に記載のタッチ検知装置において、
前記減衰値の変化率が所定の閾値を下回ったときに、前記減衰値が安定していると判定されることを特徴とするタッチ検知装置。
【請求項１１】
請求項９に記載のタッチ検知装置において、
前記減衰値の変化率が第１の閾値を超えて上昇したと判定された後に、前記第１の閾値よりも低い第２の閾値以下に低下した場合に、前記減衰値が安定していると判定されることを特徴とするタッチ検知装置。
【請求項１２】
請求項１乃至１１の何れか一項に記載のタッチ検知装置において、
前記減衰値が、物体（６０）が前記タッチ面（２０）に触れることによって生じる光の減衰と補正値とに応じて生成されることを特徴とするタッチ検知装置。
【請求項１３】
請求項１２に記載のタッチ検知装置において、
前記補正値が、前記タッチ面（２０）上の物体（６０）の少なくとも位置の関数であることを特徴とするタッチ検知装置。
【請求項１４】
請求項１２に記載のタッチ検知装置において、
前記補正値が、前記タッチ面（２０）上の物体（６０）の位置に対応する補正マップ上の位置における値であることを特徴とするタッチ検知装置。
【請求項１５】
請求項１２に記載のタッチ検知装置において、
物体（６０）が物体軸を有し、前記補正値が、前記タッチ面（２０）の法線に対する物体軸の少なくとも角度の関数であることを特徴とするタッチ検知装置。
【請求項１６】
請求項１５に記載のタッチ検知装置において、
物体（６０）が平らな先端を有し、前記タッチ面（２０）の法線に対する物体軸の角度が、前記透過値と、物体（６０）と交差する各光路の幾何学的配置の関数として求められることを特徴とするタッチ検知装置。
【請求項１７】
請求項１５に記載のタッチ検知装置において、
前記タッチ面（２０）の法線に対する物体軸の角度が、スタイラスと交差する光路についての最小減衰量と最大減衰量との比率の関数として求められることを特徴とするタッチ検知装置。
【請求項１８】
請求項１２に記載のタッチ検知装置において、
前記補正値が、前記タッチ面（２０）を横切る物体（６０）の少なくとも速度の関数であることを特徴とするタッチ検知装置。
【請求項１９】
請求項１８に記載のタッチ検知装置において、
前記補正値が、前記タッチ面（２０）を横切る物体（６０）の速度に比例することを特徴とするタッチ検知装置。
【請求項２０】
請求項１乃至１９の何れか一項に記載のタッチ検知装置において、
物体（６０）が、球形部分（４１０）を含む遠位スタイラス先端（４００）を有することを特徴とするタッチ検知装置。
【請求項２１】
請求項１乃至１９の何れか一項に記載のタッチ検知装置において、
物体（６０）が、遠位スタイラス先端（６００）を有し、この遠位スタイラス先端が、長手方向物体軸（６１２）に沿って、遠位スタイラス先端の反対側の物体の近位端（６１１）に向けて先細になる液滴形状（６１０，６２０）を備えることを特徴とするタッチ検知装置。
【請求項２２】
請求項２１に記載のタッチ検知装置において、
前記液滴形状が、少なくとも部分的な球面（６１３）を含み、前記少なくとも部分的な球面が、長手方向物体軸と交差してその周りに回転対称性を有する遠位ベース部分（６２１）と、前記遠位ベース部分の近位側に配置された環状側面（６２２）とを含み、前記環状側面が、長手方向物体軸の周りに部分的な球面の最大円周を規定するとともに、長手方向物体軸の周りに回転対称性を有し、前記遠位ベース部分が、長手方向物体軸に平行な平面内にある仮想円に対して、前記環状側面よりも大きな曲率半径を有することを特徴とするタッチ検知装置。
【請求項２３】
請求項１４に記載のタッチ検知装置において、
前記信号プロセッサが、前記補正マップにおける予め設定された補正値間の前記補正マップのｘおよびｙ方向の補間によって前記補正マップ上の位置の補正値を求めるように構成されていることを特徴とするタッチ検知装置。
【請求項２４】
請求項２３に記載のタッチ検知装置において、
前記補正値が、位置のグリッド内の各位置について求められ、前記補正マップの分解能が、前記グリッドのピッチにより決定され、前記ピッチが、前記補正マップ内の位置の関数として変化することを特徴とするタッチ検知装置。
【請求項２５】
請求項１２に記載のタッチ検知装置において、
前記補正値が、光照射野の深さ（ｈｍａｘ）の関数であることを特徴とするタッチ検知装置。
【請求項２６】
請求項２５に記載のタッチ検知装置において、
前記信号プロセッサが、出力信号に基づいて光照射野の深さ（ｈｍａｘ）を求めるように構成されていることを特徴とするタッチ検知装置。
【請求項２７】
タッチ検知装置のタッチ面に接触する物体の種類を判定する方法であって、
前記タッチ検知装置が、
タッチ面（２０）と、
前記タッチ面（２０）の周縁の周りに配置されたエミッタのセットであって、前記タッチ面（２０）に接触する物体（６０）が光を減衰させるように光のビームを発するエミッタ（３０ａ）のセットと、
前記タッチ面（２０）の周縁の周りに配置されて、複数の光路上のエミッタ（３０ａ）のセットから光を受信する光検出器（３０ｂ）のセットであって、各光検出器が、複数のエミッタ（３０ａ）から光を受信するようにそれぞれ配置された、光検出器（３０ｂ）のセットとを備え、
前記方法が、
前記光検出器（３０ｂ）の出力信号に基づいて、各光路の光エネルギー値を測定するステップと、
前記光エネルギー値に基づいて各光路の透過値を生成するステップと、
生成した透過値の少なくとも一部に対して画像再構成アルゴリズムを作動させて、
−前記タッチ面（２０）上の物体（６０）の位置と、
−物体（６０）が前記タッチ面（２０）に接触することに起因する光の減衰に対応する減衰値とを求めるステップと、
前記減衰値に応じて物体（６０）の種類を判定するステップとを含むことを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、タッチ面上の物体を検出して識別する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
タッチセンサ式パネルは、コンピュータ、電子測定および検査機器、ゲーム装置などに入力データを提供するために使用されることが多くなってきている。パネルには、例えばポインタ、スタイラスまたは１またはそれ以上の指を使用してユーザが対話するためのグラフィカルユーザインタフェース（ＧＵＩ）が設けられることがある。ＧＵＩには、固定されたものや動的なものがある。固定されたＧＵＩには、例えば、パネルの上、下または中に配置された印刷物の形態のものがある。動的なＧＵＩは、パネルに一体化されたディスプレイスクリーンまたはパネルの下方に配置されたディスプレイスクリーンによって提供することができ、あるいは、プロジェクタによりパネルに投影された画像によって提供することもできる。
【０００３】
タッチの検知性をパネルに提供するための数多くの公知の技術があり、それには、例えば、カメラを使用してパネル上の１または複数の接触点から散乱した光を捕捉することによるもの、カメラを使用してパネルと相互作用する物体を直接観察することによるもの、あるいは抵抗ワイヤーグリッド、静電容量式センサ、ひずみゲージなどをパネル内に組み込むことによるものがある。
【０００４】
「表面上の光学式タッチシステム」として知られ、例えば米国特許第４，４５９，４７６号から公知のタッチセンサ式パネルの一カテゴリにおいては、複数の光学エミッタおよび光学レシーバが、タッチ面の周縁の周りに配置されて、タッチ面の上に交差する光路のグリッドを作る。各光路は、それぞれのエミッタ／レシーバのペア間に延在している。タッチ面に触れる物体は、光路の一部を遮るか、減衰させる。遮られた光路を検出するレシーバの識別に基づいて、プロセッサは、遮られた光路間のインターセプトの位置を判定することができる。
【０００５】
米国特許出願公開第２００４／０２５２０９１号は、漏れ全反射（ＦＴＩＲ）に基づく代替技術を開示している。光はパネル内に結合されて、全反射によりパネルの内部を伝播する。光センサのアレイは、パネルの外周の周りに配置されて、光を検出する。物体がパネルの表面に接触すると、光は接触点で局所的に減衰する。物体の位置は、光センサのアレイにおける各光源からの光の減衰に基づく三角測量によって求められる。
【０００６】
殆どのタッチシステムでは、ユーザはタッチを検知させるために、タッチパネルの表面に指を置く。代替的には、スタイラスが使用されることもある。スタイラスは、典型的には、一端がタッチパネルの表面に押し付けられるように構成されたペン形状の物体である。従来技術によるスタイラスの一例が図３に示されている。スタイラス６０を使用することにより、単純な指のタッチよりも改善された選択精度およびポインタ精度を提供することができる。これは、工学的なスタイラス先端１６０が、人間の指で生じ得るよりも、小さく、かつ／またはタッチパネルとのより規則的な接触面を提供することに起因すると考えられる。また、ペンおよび鉛筆の生涯にわたる使用訓練により、ペン保持位置における手全体の筋肉制御は、ポインタ制御の目的のために、単一の指よりも正確なものとなり得る。
【０００７】
タッチシステムには２種類のスタイラスが存在する。アクティブスタイラスは、通常、信号をホストタッチシステムに送信するためにある形態の電源および電子機器を含むスタイラスである。送信される信号のタイプは変化し得るが、位置情報、圧力情報、傾き情報、スタイラスＩＤ、スタイラスタイプ、インク色などを含むことができる。アクティブスタイラス用の電源には、バッテリ、キャパシタ、または誘導結合を介して電力を提供する電場が含まれる。アクティブスタイラスは、電源が無いと、その機能の一部または全部を失うことがある。
【０００８】
ホストシステムは、アクティブスタイラスから電子スタイラスＩＤを受け取り、そのスタイラスＩＤと、スタイラスとホストシステムのタッチ面との間の接触位置に関連する位置情報とを関連付けることによって、アクティブスタイラスを容易に識別することができる。
【０００９】
パッシブスタイラスは、電源を有しておらず、ホストシステムと能動的に通信することはない。このため、パッシブスタイラスは、アクティブスタイラスよりも安価に製造でき、メンテナンスを必要としない。しかしながら、印加圧力、傾き情報、スタイラスＩＤ、スタイラスタイプ、インク色などの高度な情報をパッシブスタイラスから得ることは、アクティブスタイラスから得るよりも非常に難しい。
【００１０】
米国特許第６，５６７，０７８号は、複数のパッシブスタイラスを、各スタイラスに固有のパターンにより１またはそれ以上のカラーフィルムでマーキングする方法を開示している。カメラは、スタイラス上のカラーマーキングを記録し、使用中のパッシブスタイラスを識別し、スクリーン上に表示されるインク色の適切な選択を決定するように配置されている。
【００１１】
米国特許出願公開第２００４／０２５２０９１号および米国特許第４，４５９，４７６号に記載されているような光学式タッチシステムの場合、スタイラスのような小さい先端を有する物体を識別することが難しいことがある。特に、スタイラス先端は、典型的には小さく（例えば、直径４ｍｍより小さく）、指またはその他の大きな物体と比較して、光信号の減衰量が相対的に小さい。スタイラス先端は、タッチシステムが分解することができる分解能よりも小さい直径を有する場合もある。
【００１２】
さらに、このようなシステムの信号対雑音比は低いため、固有の再帰性反射材料構成を使用した複数のパッシブスタイラスの各々の識別は困難であり、信頼性も低くなる。
【００１３】
したがって、上記のような問題点を抱えていない光学式タッチシステムに接触する物体を識別する方法が必要とされている。
【発明の概要】
【００１４】
本発明の目的は、先行技術の上述した欠点の１またはそれ以上を少なくとも部分的に解決することにある。
【００１５】
これらの目的のうちの１またはそれ以上、並びに、以下の記載に現れる別の目的は、独立請求項に係るデータ処理方法、コンピュータ可読媒体、データ処理装置およびタッチ検知装置によって少なくとも部分的に達成されるものであり、その実施形態が従属請求項によって規定される。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
本発明の実施形態を、添付の概略図を参照してより詳細に説明する。
【図１】図１は、光学式タッチ装置の平面図である。
【図２】図２は、従来技術による赤外線光学式タッチ装置の断面を示している。
【図３】図３は、従来技術によるＦＴＩＲベースのタッチ装置の断面を示している。
【図４】図４は、赤外線光学式タッチ装置の光照射野を示している。
【図５】図５は、タッチ判定処理を示すフローチャートである。
【図６】図６は、タッチ面に当たる８つの固有の物体からの光ビームの減衰の測定値を示すヒストグラムである。
【図７】図７は、タッチ面に当たる２つの物体、スタイラスおよび指からの光ビームの減衰の測定値を示すヒストグラムである。
【図８】図８は、タッチ面に当たる３つの物体、第１のスタイラス、第２のスタイラスおよび指からの光ビームの減衰の測定値を示すヒストグラムである。
【図９】図９は、光照射野に入る物体を示している。
【図１０】図１０は、「タッチダウン」および「タッチアップ」イベント中の物体の減衰値を示している。
【図１１】図１１は、タッチ面のコーナーからの物体の距離に比例する、物体による光ビームの減衰の測定値を示すグラフである。
【図１２】図１２は、タッチ面のコーナー部の各位置での物体の相対的な減衰を示す減衰マップである。
【図１３】図１３は、物体がタッチ面を横切って移動する速度に比例する、物体による光ビームの減衰の測定値を示すグラフである。
【図１４】図１４は、平坦な先端がタッチ面に当てられたスタイラスの断面を示している。
【図１５】図１５は、図１４のスタイラスの端面図を示している。
【図１６】図１６は、図１４のスタイラスの斜視図を示している。
【図１７】図１７は、図１４のスタイラスがタッチ面の法線から傾くことなくタッチ面に当てられた光学式タッチ装置の平面図である。
【図１８】図１８は、図１７に示す構成の断面図であり、ｘ軸を示している。
【図１９】図１９は、図１７に示す構成の断面図であり、ｙ軸を示している。
【図２０】図２０は、図１４のスタイラスがタッチ面の法線に対してある角度で当てられた光学式タッチ装置の平面図である。
【図２１】図２１は、図２０に示す構成の断面図であり、ｘ軸を示している。
【図２２】図２２は、図２０に示す構成の断面図であり、ｙ軸を示している。
【図２３】図２３は、単一の光路に沿った光照射場の断面と、スタイラス先端により遮られた光の領域を示す、図２１の拡大図である。
【図２４】図２４は、単一の光路に沿った光照射場の断面と、スタイラス先端により遮られた光の領域を示す、図２２の拡大図である。
【図２５】図２５は、タッチ面に当てられたスタイラス先端の平面図である。
【図２６】図２６は、特定のスタイラス先端による異なる光路に沿った光の減衰を示すグラフである。
【図２７】図２７は、図２６の方向とは異なる方向に向けられた特定のスタイラス先端による異なる光路に沿った光の減衰を示すグラフである。
【図２８】図２８は、スタイラスがタッチ面に当てられる角度に対する、先端が平坦のスタイラス先端の減衰を示すグラフである。
【図２９】図２９は、スタイラスがタッチ面に当てられる角度に対する、先端がドーム状のスタイラス先端の減衰を示すグラフである。
【図３０】図３０は、タッチ面に当てられた先端がドーム状のスタイラス先端を示している。
【図３１】図３１ａ−図３１ｃは、球形部分を有するスタイラス先端を示している。
【図３２】図３２ａ−図３２ｃは、液滴形状部分を有するスタイラス先端を示している。
【図３３】図３３ａおよび図３３ｂは、別の液滴形状部分を有するスタイラス先端を示している。
【図３４】図３４は、垂直態様および傾斜態様における２つの異なる液滴形状部分を有するスタイラス先端を示している。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明は、光学式タッチパネルと、表示装置にタッチ検知性を与える技術の使用に関する。記載全体を通じて、対応する構成要素を識別するために同じ符号を使用する。
【００１８】
本発明の実施形態を説明する前に、幾つかの定義を与えることとする。
「接触物体」または「接触する物体」は、タッチシステムの１または複数のセンサによって検出されるように、タッチ面に接触する物理的対象またはタッチ面に十分接近した物理的対象である。物理的対象は、有生物または無生物とすることができる。
「相互作用」は、センサにより測定されるパラメータに接触物体が影響を及ぼす場合に生じる。
「タッチ」は、相互作用パターンに見られる相互作用のポイントを示している。
以下の記載を通じて、対応する構成要素を識別するために同じ符号を使用する。
「光照射野」は、エミッタと対応する検出器との間を漂う光である。エミッタは多量の光を多くの方向に発生させることができるが、エミッタから発せられて検出器により測定された光のみが、エミッタおよび検出器のための光照射野を規定する。
【００１９】
図１は、図３のＦＴＩＲベースのタッチ装置または図２のＩＲ光学式タッチ装置に対応し得る光学式タッチ装置の平面図である。エミッタ３０ａは、タッチ面２０の周縁の周りに配置され、タッチパネル１０のタッチ面２０にわたって光を投影する。検出器３０ｂは、タッチ面２０の周縁の周りに配置され、伝播する光の一部を受信する。各エミッタ３０ａからの光は、複数の光路５０上の多数の異なる検出器３０ｂに伝播する。
【００２０】
図３は、従来技術による、ここでは「ガラス内」システムと呼ばれるＦＴＩＲベースのタッチ装置の断面を示している。図２は、従来技術による、ここでは「表面上」システムと呼ばれるＩＲ光学式タッチ装置の断面を示している。図３および図２に示す例示的な装置の各々において、物体６０は、少なくとも１の光路５０に沿って伝播する光を減衰させるものとなる。図２の例では、物体６０は、少なくとも１の光路５０上の光を完全に遮ることさえある。
【００２１】
光路５０は、概念的には、図１に示すように、エミッタ３０ａと検出器３０ｂのペア間に、タッチ面２０を横切ってタッチ面２０の周縁に延びる「検出ライン」として表すことができる。このため、検出ライン５０は、タッチ面２０への光路５０の投影に対応する。エミッタ３０ａおよび検出器３０ｂは、平面図に見られるように、タッチ面２０上に検出ライン５０のグリッド（「検出グリッド」）を共同で規定する。検出グリッド内の交点の間隔は、タッチ検知装置１００の空間分解能、すなわちタッチ面２０上で検出可能な最小の物体を規定する。検出ラインの幅は、エミッタおよび対応する検出器の幅の関数である。幅の広いエミッタからの光を検出する幅の広い検出器は、より広い表面カバレッジを有する幅の広い検出ラインを提供し、接触カバレッジを提供しない検出ラインの間の空間を最小にする。幅の広い検出ラインの欠点は、接触精度が低下し、信号対雑音比が低下することである。
【００２２】
本明細書で使用されるエミッタ３０ａは、例えば、ダイオードレーザ、ＶＣＳＥＬ（垂直キャビティ面発光レーザ）、ＬＥＤ（発光ダイオード）、白熱ランプおよびハロゲンランプなど、所望の波長範囲の放射を発することができる任意の種類のデバイスとすることができる。エミッタ３０ａは、光ファイバの端部によって形成されるものであってもよい。エミッタ３０ａは、任意の波長範囲の光を生成することができる。以下の実施例では、光が赤外線（ＩＲ）、すなわち約７５０ｎｍ以上の波長であると仮定する。同様に、検出器３０ｂは、光検出器、ＣＣＤデバイス、ＣＭＯＳデバイスなど、（同じ波長範囲内の）光を電気信号に変換することができる任意のデバイスとすることができる。
【００２３】
検出器３０ｂは、共同で出力信号を提供し、出力信号は、信号プロセッサ１３０により受信されて、サンプリングされる。出力信号は、「透過値」とも呼ばれる数多くのサブ信号を含み、その各々が、光エミッタ３０ａの１つから発せられて光検出器３０ｂの１つによって受信される光のエネルギーを示している。実施形態に応じて、信号プロセッサ１３０は、個々の透過値を分離するために出力信号を処理しなければならない場合もある。透過値は、個々の検出ライン５０上の検出器３０ｂにより受信された光の受信エネルギー、強度またはパワーを示している。物体が検出ライン５０に接触するときはいつでも、この検出ライン上の受信エネルギーは低減または「減衰」される。物体が表面上システムの検出ラインの幅全体を遮る場合、検出ラインは完全に減衰または閉塞されるものとなる。
【００２４】
好ましい実施形態では、タッチ装置が図２に従って配置される。エミッタ３０ａによって発せられた光は、透過パネル１０内で光を全反射させることがないように、透過パネル１０を通って伝送される。光は、タッチ面２０を通って透過パネル１０から出射し、エッジ反射器７０の反射面８０により反射されて、タッチ面２０と平行な平面内の経路５０に沿って移動する。その後、光は、透過パネル１０の反対側のエッジでエッジ反射器７０の反射面８０により屈折するまで進み続け、そこで、光は、透過パネル１０を通って下方に戻るように屈折して検出器３０ｂ上に至る。面２０に接触する物体６０（任意には物体先端部１６０を有する物体）は、面上の物体の位置と交差する光路５０を塞ぎ、その結果、検出器３０ｂにおいて減衰された光信号が受信されるものとなる。
【００２５】
図４は、エミッタ３０ａから検出器３０ｂに進む光が反射面８０間に光照射野９０を形成する方法を示している。好ましい実施形態では、反射面８０の上端がタッチ面２０の２ｍｍ上にある。これは、２ｍｍの深さの光照射野９０をもたらす。２ｍｍの深さの照射野は、物体が、タッチ面に到達して光を最も減衰させるべく光照射野内に移動するのに必要な距離を最小にするため、この実施形態には有利である。距離が小さいほど、物体が光照射野に入ってから面に接触するまでの時間が短くなる。これは、光照射野にゆっくりと入る大きな物体と光照射野に素早く入る小さな物体とを区別するのに、特に有利である。光照射野に入る大きな物体は、最初に、より小さな物体が光照射野内に完全に入り込むのと同様の減衰を引き起こす。物体が移動する距離が短いほど、各物体の代表的な減衰信号が観測されるまでに必要なフレームが少なくなる。この効果は、光照射野が０．５ｍｍ−２ｍｍの深さのときに特に顕著である。
【００２６】
図３に示される構成は代替的な実施形態であるが、以下に述べるスタイラスの区別の概念も同様に適用される。この装置は、透過パネル１０内からタッチ面２０を照らすように、透過パネル１０内の光を光エミッタ３０ａから光センサまたは検出器３０ｂに送信することによって動作する。透過パネル１０は、１またはそれ以上の層の固体材料からなり、任意の形状を有することができる。透過パネル１０は、光が内部反射によって経路５０に沿って伝播する内部放射伝播チャネルを規定する。透過パネル１０の表面に接触する物体は、タッチの位置で内部反射効果のフラストレーションを引き起こし、全反射によりパネルを通って進む光の一部が、物体によって散乱または吸収される。このようにして、パネルを通って進む光のビームは、タッチの位置で減衰される。
【００２７】
別段の記載がない限り、本明細書に記載の実施形態は、図２に示す構成に適用される。しかしながら、それらの実施形態の幾つかは、図３に示す構成にも適用され得る。
【００２８】
信号プロセッサ１３０は、位置（例えば、ｘ、ｙ座標系における位置）、形状または面積など、接触する物体の特性を判定すべく透過値を処理するように構成することができる。この判定は、米国特許第７，４３２，８９３号および国際公開第２０１０／０１５４０８号に開示されているような、減衰された検出ラインに基づく直接的な三角測量や、各減衰値が光減衰の局所的度合いを示すものとして、タッチ面２０全体にわたって減衰値の分布（簡略化のため、「減衰パターン」と称する）を再現するためのより進んだ処理を含むことができる。減衰パターンは、物体の位置、形状または面積の判定のために、信号プロセッサ１３０または別個の装置（図示省略）によってさらに処理されるものであってもよい。減衰パターンは、透過値に基づく画像再構成のための任意の利用可能なアルゴリズムによって生成することができ、そのようなアルゴリズムには、トモグラフィ再構成法、例えば、フィルタ補正逆投影法、ＦＦＴベースのアルゴリズム、ＡＲＴ（代数的再構成法）、ＳＡＲＴ（連立代数的再構成法）などが含まれる。代替的には、減衰パターンは、１つまたはそれ以上の基底関数を適合させることによって、かつ／またはベイズ・インバージョンなどの統計的方法によって生成することができる。タッチ判定用に設計されたそのような再構成関数の例は、国際公開第２００９／０７７９６２号、国際公開第２０１１／０４９５１１号、国際公開第２０１１／１３９２１３号、国際公開第２０１２／０５０５１０号および国際公開第２０１３／０６２４７１号に見出される。これら文献のすべてが引用により本明細書に援用されるものとする。
【００２９】
簡潔にするために、「信号プロセッサ」という用語は、検出器から信号を受信してから、タッチ座標、タッチ特性などを含むタッチの判定を出力するまでに必要とされる様々な処理段階を実行するための１またはそれ以上の処理構成要素を述べるために、全体を通して使用される。本開示の処理段階は、単一の処理ユニット（対応するメモリユニットを有する処理ユニット）上で実行することができるが、本開示は、複数の処理ユニットや、遠隔に配置された処理ユニットも対象にすることを意図している。
【００３０】
図示の例では、装置１００は、エミッタ３０ａの作動と、場合によっては検出器３０ｂからのデータの読み出しを選択的に制御するように接続されたコントローラ１２０も含む。実施形態に応じて、エミッタ３０ａおよび／または検出器３０ｂは、例えば米国特許第８，５８１，８８４号に開示されているように、順番にまたは同時に作動させることができる。信号プロセッサ１３０およびコントローラ１２０は、別々のユニットとして構成されるようにしても、あるいは単一のユニットに組み込まれるようにしてもよい。信号プロセッサ１３０およびコントローラ１２０の一方または両方は、処理ユニット１４０によって実行されるソフトウェアによって少なくとも部分的に実施されるものであってもよい。
【００３１】
図５は、好ましい実施形態に係るフローチャートを示している。
【００３２】
図５のステップ５１０では、信号プロセッサ１３０が、検出器３０ｂからの出力信号を受信して、サンプリングする。
【００３３】
ステップ５２０では、出力信号が、透過値（または「透過信号」）を求めるために処理される。上述したように、透過値は、個々の検出ライン５０上の検出器３０ｂによって受信された光の受信エネルギー、強度またはパワーを表している。
【００３４】
ステップ５３０では、信号プロセッサ１３０が、透過値を処理して、タッチ面上の１またはそれ以上の接触する物体の存在を判定するように構成される。好ましい実施形態では、信号プロセッサ１３０が、透過値を処理して、タッチ面における減衰フィールドの２次元推定、すなわち減衰値の空間分布を生成するように構成される。減衰フィールドでは、接触する各物体が、通常、変化した減衰の領域のように見える。減衰フィールドから、２次元のタッチデータを抽出し、１またはそれ以上のタッチ位置を識別することができる。透過値は、トモグラフィ再構成アルゴリズムに従って処理され、それにより、減衰フィールドの２次元推定を生成することができる。
【００３５】
一実施形態では、信号プロセッサ１３０が、タッチ面全体に対して減衰フィールドを生成するように構成されるものであってもよい。代替的な実施形態では、信号プロセッサ１３０が、タッチ面のサブセクションについて減衰フィールドを生成するように構成され、サブセクションが、透過値の処理中に決定される１またはそれ以上の基準に従って選択されるものであってもよい。
【００３６】
ステップ５４０では、信号プロセッサ１３０が、物体がタッチ面に触れることに起因する光のビームの減衰に対応する減衰値を含む、各タッチ位置における物体の特性を判定する。
【００３７】
一実施形態では、減衰値は以下のようにして求められる。先ず、減衰パターンが、例えば任意の公知技術を用いて、ピークの検出のために処理される。一実施形態では、ノイズを抑制するために、グローバルまたはローカル閾値が減衰パターンに最初に適用される。閾値を上回る減衰値を有する領域は、極大値を見付けるためにさらに処理される。識別された最大値は、例えば２次元２次多項式またはガウスベル形状を減衰値に当てはめることによって、または減衰値の慣性楕円を見付けることによって、タッチ形状および中心位置の判定のためにさらに処理されるものであってもよい。クラスタリングアルゴリズム、エッジ検出アルゴリズム、標準ブロブ検出、ウォータシェディング技術、フラッドフィル技術など、当技術分野で周知のその他の技術も数多く存在する。ステップ５４０では、検出した各ピークについての位置、減衰、サイズ、形状の値を含む、ピークデータの収集がもたらされる。減衰値は、ピーク形状内の最大減衰値または減衰値の加重和から計算することができる。
【００３８】
物体について記録された減衰値は、ノイズ、物体の角度、物体の材料或いはその他の多くの理由により変化し得る。図６は、タッチ面に与えられた８つの固有の物体の各々についての減衰値のカウントを示すヒストグラムである。各物体は、記録された減衰値の周波数のほぼベル形状の分布を示している。特に各物体についての多数の減衰値が記録されている場合には、記録された減衰値から異なる物体を区別することが可能であることが、図６から明らかである。
【００３９】
特定の物体は、その他の物体よりも減衰値の分布が広くなる場合がある。図７は、タッチ面に当てられた２つの物体、スタイラスおよび指からの光ビームの減衰の測定値を示すヒストグラムである。ベル形状の分布値７１０は、タッチ面に当たる特別に設計されたスタイラス先端の減衰値を示している。分布７２０は、タッチ面に当たる様々な指の集まりの減衰値を示している。人は異なるサイズの指を有し、幾つかの指が他の指よりも脂性である場合もあるため、分布７２０の物体からの可能性のある減衰値の範囲は、特別に設計されたスタイラス先端についての可能性のある減衰値よりも遥かに広い。ゾーン７３０は、システムが信頼性をもって記録するには小さ過ぎる減衰値を示している。典型的な例では、ゾーン７３０は、１．８＊１０−３より小さい減衰値をカバーする（注：本明細書に記載されている全ての減衰値はｍｍ−１の単位を有するが、多くの異なる方法で減衰を測定できることが理解されよう）。これは、システムの接触分解能に応じて、０．５ｍｍより小さい物体に変換することができる。このため、本発明の好ましい実施形態は、ゾーン７３０の値より大きいが、分布７２０が占める減衰値の範囲よりも小さい範囲の減衰値を提供するように構成されたスタイラス先端を備える。例えば、１．８＊１０−３＜スタイラス先端の減衰＜２．０＊１０−２
【００４０】
図８は、タッチ面に当てられた３つの物体、第１のスタイラス、第２のスタイラスおよび指からの光ビームの減衰の測定値を示すヒストグラムである。このため、本開示の実施例においてタッチ面に接触する物体６０は、スタイラス、または複数のスタイラス、若しくは指または複数の指などの人間の手の一部である。図７と同様に、ベル形状の値の分布８１０は、タッチ面に当たる第１の特別に設計されたスタイラス先端の減衰値を示している。分布８３０は、タッチ面に当たる指の減衰値を示している。ゾーン８４０は、システムが信頼性をもって記録するには小さ過ぎる減衰値を示している。ベル形状の値の分布８２０は、タッチ面に当たる第２の特別に設計されたスタイラス先端の減衰値を示している。したがって、本発明の別の実施形態は、ゾーン８４０の値よりも大きいが、第２のスタイラス先端によって占められる減衰値８２０の範囲よりも小さい範囲の減衰値を提供するように構成された第１のスタイラス先端を備える。第２のスタイラス先端は、分布８１０によって占められる値よりも大きいが、分布８３０によって占められる減衰値の範囲よりも小さい範囲の減衰値を提供するように構成されている。例えば、１．８＊１０−３＜第１のスタイラス先端の減衰＜７．２＊１０−３＜第２のスタイラス先端の減衰＜２．０＊１０−２
【００４１】
好ましい実施形態では、信号プロセッサ１３０は、複数の物体ＩＤをメモリに格納するように構成されており、各物体ＩＤが、関連する減衰値の範囲を有している。以下の例では、関連付けられた物体ＩＤを持つ３種類の物体が示されている。
【００４２】
2018536944.tif 000003
【００４３】
好ましい実施形態では、各物体ＩＤが、減衰最大値および減衰最小値によって定義される減衰値の範囲を有する。物体ＩＤは、任意選択的に、関連する物体の特性を定義する更なる値を含むことができ、それには、認識された物体のタイプ、出力のタイプ（例えば、ブラシタイプ、インク色、選択タイプなど）が含まれる。
【００４４】
ステップ５５０では、信号プロセッサ１３０が、各タッチ位置を物体ＩＤに対応付ける。これは、各タッチ位置の減衰値を、対応付ける物体ＩＤの範囲と対応付けることによって行われる。すなわち、１．２＊１０−２の減衰値を有するタッチ位置は、物体ＩＤ００１に対応付けられるものとなる。一実施形態では、特定の値を超えるすべての値の範囲を有する物体ＩＤが存在する。これにより、物体ＩＤの通常の範囲を超える減衰値を持つすべての物体を、同じ「デフォルト大型物体」の物体ＩＤを使用して特定することが可能になる。同様に、一実施形態では、特定の値未満のすべての値の範囲を持つ物体ＩＤが存在し、これにより、非常に低い減衰値の物体を一般的な「デフォルト小型物体」の物体ＩＤで特定することが可能になる。
【００４５】
ステップ５６０では、信号プロセッサ１３０が、タッチ位置および各位置の対応する物体ＩＤを含むタッチデータを出力する。
【００４６】
タッチの減衰値を物体ＩＤに対応付ける場合、物体が面に接触したときに物体によって引き起こされる光の減衰を正確に反映する安定した減衰値を使用することが重要である。図２に示す実施形態のような「表面上」システムでは、光照射野９０が深さを有し、よって物体が、タッチ面に接触する前に光照射野を通って所定の距離移動しなければならない。その結果、物体が光照射野に入る時と物体がタッチ面に接触する時との間の所定の期間が、物体に起因する減衰が増加しそうな場合に存在する。この期間中に測定される減衰値は、物体がタッチ面に接触しているときに物体の光減衰を正確に反映しない可能性がある。本発明の一実施形態では、ステップ５４０が、物体の減衰値が安定していると判定されるまで遅延される。一実施形態では、物体の減衰値が、少なくとも３つのフレームの間、各フレームにおいて１０％を超えて変化していないときに、安定していると判定される。
【００４７】
物体が光照射野内に降下されるに連れて、より多くの光を徐々に遮るようになる。その結果、物体に起因する光の減衰は、物体が接触面に当たるまで増加する。従って、減衰の勾配（すなわち、減衰の変化率）は、物体がタッチ面に向かって移動するときは、物体が面に接触して平らになるまで、プラスである。図９は、ｈｍａｘ−ｈの距離だけ光照射野９０内に移動した先端部１６０を有する物体６０を示している。図１０は、「タッチダウン」イベント１０４０（すなわち、タッチ面に接触物体を付ける）および「タッチアップ」イベント１０５０（すなわち、接触物体を引き上げてタッチ面から引き離す）間の物体の減衰値１０２０を示している。タッチ面からの物体の対応する高さｈ（ライン１０１０として示す）も示されている。減衰勾配（すなわち、時間に対する減衰値の変化率）を示すライン１０３０は、タッチダウンイベントとタッチアップイベントの両方に対する典型的な減衰勾配シグネチャを示している。減衰勾配シグネチャは、タッチダウンまたはタッチアップイベント中の減衰勾配値の形状である。
【００４８】
したがって、本発明の好ましい実施形態では、信号プロセッサ１３０が、物体の減衰値が安定していること、および／またはイベントの減衰勾配シグネチャ（図１０における時間１０４０に示される）に応じてタッチダウンイベントが発生したことを判定するように構成されている。好ましい実施形態では、タッチダウンイベントに対応する減衰勾配シグネチャが、第１の減衰勾配の第１の期間、より高い減衰勾配の第２の期間、および第２の期間よりも低い減衰勾配の第３の期間である。
【００４９】
一実施形態では、物体の減衰値が第１の減衰値閾値を超えたときに、タッチダウンイベントが発生したと判定される。しかしながら、上記の方法を用いることにより、この閾値が満たされる前に、タッチダウンイベントが発生したという判定が可能である。物体の減衰値が第１の減衰値閾値を下回るが、減衰勾配シグネチャが、単一フレームにおいて第１の減衰値閾値の２０％またはそれ以上のより高い減衰勾配を有すると観察される場合、物体の減衰値が安定していると判定され、かつ／またはタッチダウンイベントが発生したと判定される。
【００５０】
「タッチアップ」イベントの間、物体が光照射野から引き上げられるに連れて、物体の減衰値が減少する。上記と同様に、このイベントの減衰勾配シグネチャ（図１０における時間１０５０に示される）は、認識され、それに応じて実行される。したがって、本発明の好ましい実施形態では、信号プロセッサ１３０が、物体の減衰値がゼロに減少したこと、および／またはイベントの減衰勾配シグネチャに応じてタッチアップイベントが発生したことを判定するように構成される。好ましい実施形態では、タッチアップイベントに対応する減衰勾配シグネチャが、第１の減衰勾配の第１の期間、負の減衰勾配の第２の期間、および第１の減衰勾配に対応する減衰の第３の期間である。
【００５１】
一実施形態では、物体の減衰値が第２の減衰値閾値未満に低下したと判定されたときに、タッチアップイベントが発生したと判定される。しかしながら、上記の方法を用いることにより、この閾値が満たされる前に、タッチアップイベントが発生したという判定が可能である。物体の減衰値が第２の減衰値閾値を上回るが、減衰勾配シグネチャが、単一フレームにおいて第２の減衰値閾値の２０％またはそれ以上のより負の減衰勾配を有すると観察される場合、タッチアップイベントが発生したと判定される。
【００５２】
好ましい実施形態では、物体のタッチアップ／ダウンイベントをトリガするのに必要な減衰勾配値は、物体に近接するその他の閉塞物体の存在に応じて増減することができる。好ましい実施例では、シグネチャの第２の期間の減衰勾配が、タッチ面上のその他の閉塞物体に近接している物体についてタッチダウンイベントをトリガするためにより大きな値を必要とするように増大される。一実施形態では、より高い減衰勾配が、１０ｃｍまでの半径内の追加的なタッチ回数に応じて、直線的に増減される。その半径は、スクリーンサイズ、タッチ分解能、および環境ノイズに応じて選択することができる。
【００５３】
「フック（Hooks）」は、ユーザのタッチ入力が急激に変化するとき、例えば描画しているとき又は文字を書いているときに、経時的なユーザタッチ入力の座標のフローにおいて観察される問題である。「フック」の例は、ユーザが線を引くのを終了し、接触物体をパネルの表面から持ち上げ、接触物体の動く方向を急速に変更して次の線を引き始める場合である。「フック」は、ユーザーの接触物体の新しい方向を指し示すストロークの終わりに見られる小さなアーチファクトである。フックを最小化する方法が提案される。本発明の好ましい実施形態では、負の減衰勾配が観察されたときに、タッチ座標が物体の位置で更新されずに、物体の位置の座標が記憶される。物体の減衰値が閾値未満に低下する場合、記憶された座標が破棄され、「タッチアップ」イベントが通知される。物体の減衰値が閾値未満に低下せず、その後に正の減衰勾配が観測される場合、その間に記憶されたタッチ座標が出力され、タッチ座標が以前と同じように出力され続ける。好ましい実施形態では、この方法は、タッチ面の平面内においてタッチ面に接触する物体の移動方向が変化している場合にのみ使用される。この実施形態では、物体の最後のタッチ座標から現在の座標までのベクトルαが求められる。最後の座標の前のタッチ座標から最後の座標までの第２のベクトルβが求められる。ベクトルαおよびβは、相互作用が移動している方向とそれがどのように変化しているかの判定を可能にする。物体の方向の急な変化は、αとβの内積＜０をもたらし得る。一実施形態では、この条件が満たされる場合、タッチ面に接触する物体の移動方向が大きく変化したことが判定され、その後、フックを最小にする上記方法が適用される。
【００５４】
物体の減衰値は、物体が面に接触することによって減衰される光に関する情報を提供するが、本発明の幾つかの実施形態は、物体の性質および／または位置の真の反映を提供するために、減衰値を補正することを必要とする。
【００５５】
本発明の一実施形態では、減衰値が、物体がタッチ面に触れることによって生じる光の減衰および補正値に応じて判定される。減衰値は、上述したステップ５４０のように判定されるが、減衰値は、補正値と、ピーク形状内の最大減衰値または減衰値の加重合計から計算される。
【００５６】
図１に示すシステムの特定の構成では、タッチ面の特定の位置が、その他のものよりも低い減衰値をもたらす可能性がある。特に、スクリーンの縁に向かう減衰値は中心部よりも低い可能性が高い。様々な要因がこれを引き起こす場合がある。１つは、特定のトモグラフィ再構成アルゴリズムの効率的な実施が近似を行うことで、パネルの縁に向かって再構成された減衰値が結果として低くなるというものである。一例では、パネルのコーナーにおける減衰値が、パネルの中央部に位置する減衰値の３０％程度の低さとなり得る。図１１は、タッチ面のコーナーからの物体の距離に対する、長方形のタッチ面に接触する物体の減衰値（相対減衰として示される）のグラフを示している。このため、本発明の好ましい実施形態は、補正値が、少なくともタッチ面上の物体の位置の関数であることを提供する。一実施形態では、補正値は、タッチ面の中心点からタッチ位置までの距離の関数として決定される。代替的には、補正値は、タッチ面の最も近いコーナーからタッチ位置までの距離の関数として決定されるものであってもよい。
【００５７】
タッチの位置と必要な補正値との間の関係は、エミッタおよび検出器の配置の複合関数であってもよい。図１２は、接触する物体の相対減衰を示す矩形タッチ面のコーナーのヒートマップを示している。座標（０，０）で触れると、物体は相対的に小さな減衰を発生させる。座標（１０，１５）で触れると、遥かに大きな減衰量が発生する。
【００５８】
その結果、本発明の好ましい実施形態は、タッチ面上の対応するタッチの位置の関数として補正値を計算することを提供する。代替的な実施形態では、補正マップを使用して、タッチ面上の位置に基づき補正値が決定される。補正マップは、タッチ面の大きさに対応する二次元画像を含むことができ、ピクセル値が補正値に対応する。その後、タッチ位置が補正マップ上の対応するピクセルを判定するために使用され、その位置のピクセル値が対応する補正値を提供する。好ましい実施形態では、補正マップが、タッチ判定システムのタッチ分解能以下の分解能を有する。補正マップは、好ましくは事前に生成されるが、環境および性能変数の関数として動的に生成されるものであってもよい。
【００５９】
信号プロセッサ１３０は、補正マップ内の予め規定された補正値間の補正マップのｘおよびｙ方向の補間によって補正マップ上のある位置における補正値を決定するように構成することができる。このため、補正値の粗いグリッドを有することが可能であり、その後に、粗いグリッドに対する補間を使用して、特定の座標における補正値を得ることが可能である。
【００６０】
補正値は、位置のグリッド内の各位置について決定されるものであってもよく、その場合、グリッドのピッチ、すなわちグリッド内のセルの寸法によって補正マップの分解能が決定される。ピッチは、補正マップ内の位置の関数として変化するものであってもよい。例えば、粗いグリッド、すなわちより高いピッチでの双線形補間は、マップの中心部で機能するかもしれないが、縁部および特にコーナーの近傍では、減衰変動を正確に捕捉するために、有利にはピッチを減少させるようにしてもよい。
【００６１】
接触物体の記録された減衰に影響を及ぼす別の変数は、接触する物体がタッチ面を横切って移動する速度である。各光路の光減衰は、一連のフレームにわたって順次記録される。このため、特定の位置を横切るすべての光路の減衰が測定される前に、十分に速い移動物体が特定の位置から離れることがある。その結果、移動物体は、より弱い減衰信号を生成する可能性がある。図１３は、タッチ面を横切る物体の速度に対する物体の記録された減衰値のグラフを示している。速い移動物体ほど弱い減衰値を生成する可能性が高いという関係を見ることができる。したがって、本発明の好ましい実施形態は、少なくともタッチ面を横切る物体の速度の関数として決定される補正値に応じて減衰値を計算することを提供する。
【００６２】
物体の速度と記録された減衰値との間の関係は、タッチ面上の移動物体の位置によって複雑になる可能性があるため、本発明の実施形態は、タッチ面上の物体の位置および速度の両方の関数として補正値を決定することを提供する。
【００６３】
補正値は、光照射野の深さ（ｈｍａｘ）の関数であってもよい。これにより、同時に使用される異なる物体の分類が改善される。例えば、円錐形のスタイラス先端が使用される場合、減衰は、長手方向において均一な厚さを有する先端よりも大きな程度まで、現在の光照射野の高さの影響を受ける。このため、光照射野の高さの差を補正することによって、光照射野の高さの影響が最小限に抑えられるため、異なる先端を有するスタイラスを区別することがより容易になる。
【００６４】
信号プロセッサ１３０は、光検出器３０ｂの出力信号に基づいて光照射野の深さ（ｈｍａｘ）を求めるように構成することができる。より反りのあるタッチ面２０とすること、すなわちタッチ面のユーザに向かう方向により凹状とすることにより、光検出器３０ｂによって検出される信号強度が増加する。また、反りの増加は、光照射野の高さの増加にも関連している。このため、タッチ面の反りに応じて出力信号の増減を検出するように信号プロセッサ１３０を構成することにより、光照射野の高さを推定することができる。その後、光照射野の高さの推定値は、上述した光照射野の高さ補正への入力として使用することができる。
【００６５】
物体がタッチ面に接触することにより光減衰に影響を及ぼし得る別の要因は、物体先端の形状と、先端がタッチ面２０に当たるときの角度である。図１４は、丸い断面を有する先端が平らのスタイラス２６０を示している。図１５および図１６は、端部およびその斜めから見た、平坦な先端２７０を有するスタイラス２６０をそれぞれ示している。図１７は、タッチ面の法線に対して傾くことなくタッチ面２０に当たる平坦な先端のスタイラス２６０を上から見た斜視図を示している。図１８および図１９は、面２０のｙ軸およびｘ軸に沿って見た、先端が平坦なスタイラス先端２７０をそれぞれ示している。平坦な先端のスタイラス先端２７０の輪郭は、ｙ軸に沿って見たときと、ｘ軸に沿って見たときで同じであることは明らかである。このため、物体と交差するｘ軸とほぼ平行な経路（例えば、図１７のタッチ面２０の左端から始まり、タッチ面の右端で終わる光路）に沿って進む光路は、ｙ軸とほぼ平行な経路（例えば、図１７のタッチ面２０の下端から始まり、タッチ面の上端で終わる光路）に沿って進む光路と同程度に減衰される可能性が高い。上記光路の透過値はそれに応じて影響を受ける。
【００６６】
しかしながら、図２０−図２２からわかるように、これは、スタイラス物体２６０がタッチ面の法線に対して傾けられたときに変化する。図２１のｙ軸に沿ったスタイラス先端２７０の輪郭は、図２２のｘ軸に沿ったスタイラス先端２７０の輪郭とは異なる。
【００６７】
図２３は、図２１の拡大図である。この拡大図では、単一のエミッタと検出器との間の光路の光照射野２３１０が示されている。この断面図において、スタイラス先端２７０は、光照射野２３１０の一部を遮る。これは、検出器によって記録される光信号の減衰および対応する透過値の低下として見られるものとなる。図２３では、スタイラス先端の側面輪郭（すなわち、ｙ軸に沿って見たスタイラス先端の輪郭）によって遮られる光照射野の面積は約１０％である。
【００６８】
図２４は、図２３と同様であるが、ｘ軸に沿った方向から見た図２２の拡大図である。この方向では、スタイラス先端２７０の丸みを帯びた輪郭が見られる。この断面において、スタイラス先端２７０は、光照射野２４１０のより大きな部分を遮る。図２４では、スタイラス先端の側面輪郭（すなわち、ｙ軸に沿って見たスタイラス先端の輪郭）によって遮られる光照射野２４１０の面積は、約２５％である。
【００６９】
図２５は、タッチ面２０に当てられるスタイラス先端２７０の平面図である。検出ラインＬ１、Ｌ２、Ｌ３は、タッチ面２０とスタイラス先端２７０との間の接触点と交差する検出ライン５０のサブセットであり、よってスタイラスにより減衰される。垂直線２５１に対する検出ラインのこの角度をファイと定義する。角度Ａ１、Ａ２、Ａ３はそれぞれ、垂直線２５１に対する検出ラインＬ１、Ｌ２、Ｌ３の角度である。
【００７０】
多数のエミッタおよび検出器を有するシステムでは、多くの検出ラインがスタイラス先端２７０と交差する可能性が高い。図２６は、光路の角度ファイに対する、図２１のスタイラス先端が交差する異なる光路の透過値を示すグラフである。最小値２６１０および最大値２６２０は、ファイの全範囲を横切るスタイラス先端によって生じる最小および最大透過値を示している。スタイラス先端２７０の場合、最小透過値は、図２４に示す光路２４１０に対応する可能性が高く、最大透過値は、図２３に示す光路２３１０において、特に光路がファイで約９０度の角距離を有する場合に生じる可能性が高い。光路の最小透過値と最大透過値との間の比率を測定することによって、タッチ面の法線からのスタイラスの角度を判定することができる。その比率が大きいほど、スタイラスの法線からの傾きが大きくなる。比率が１：１に近いほど、スタイラスの軸がタッチ面の法線に近くなる。
【００７１】
このため、本発明の好ましい実施形態では、信号プロセッサ１３０が、スタイラスと交差する光路の最小減衰量と最大減衰量との比率に応じて、タッチ面の法線に対するスタイラスの軸の角度を判定するように構成されている。
【００７２】
図２８は、図２に係る実施形態のタッチ面に当たる角度に対するスタイラス先端２７０の減衰の測定値の一例を示すグラフである。タッチ面の法線に対する角度が増加するに連れて、減衰値は減少する。既知のスタイラス先端（図２３に示すものなど）については、スタイラス先端の減衰値が与えられたグラフから、タッチ面の法線からのスタイラスの軸の角度を求めることができる。
【００７３】
さらに、最小および最大透過値を有する検出ラインのファイ角度が識別されると、スタイラスがファイ平面内で指し示す方向を判定することが可能である。図２４に示す輪郭が、最大減衰値および最低透過値２６１０の原因となる可能性が高いため、スタイラスは、タッチ面の法線から所定の角度で、かつ光路２４１０と同じ方向に又はそれに対して１８０度の方向を指し示している可能性が高いと判定することができる。図２６の最小透過値はファイで９０度（および２７０度）に位置し、最大値は１８０度（および０度）に位置する。従って、スタイラスは、最小透過値と最大透過値との比率によって決定される角度で、かつ（図２０のように）ファイ平面において９０度または２７０度の角度で、タッチ面の法線から傾けられていると判定することができる。
【００７４】
図２７では、図２６の最小透過値が６０度（および２４０度）に位置し、最大透過値が１５０度（および３３０度）に位置する。したがって、スタイラスは、ファイ平面内で６０度または２４０度の方向に傾いていると判定することができる。よって、本発明の好ましい実施形態は、最小の減衰量を有する光路のファイ値と、最大の減衰量を有する光路のファイ値との関数として、ファイ平面におけるスタイラスの傾く方向を判定することを提供する。代替的な実施形態では、最大減衰量を有する光路のファイ値のみを用いて、ファイ平面におけるスタイラスの傾く方向を判定する。
【００７５】
一実施形態では、左手のユーザと右手のユーザとの間の典型的なスタイラスの傾く方向の違いにより、ユーザの左利きまたは右利きに関する情報が、傾く方向を判定するために、どのファイ値を使用するかを選択するために使用される。例えば、図２６では、信号プロセッサ１３０は、スタイラスが、右利きのユーザについては９０度のファイ、左利きのユーザの場合は２７０度の方向に向けられていることを判定するように構成される。
【００７６】
一実施形態では、信号プロセッサ１３０は、最小透過値と最大透過値との比率が高いまま減衰値が再び増加し始めた場合に、タッチ面の法線に対するスタイラスの傾く角度が閾値を超えたと判定するように構成されている。そのような信号出力は、スタイラスのケーシングの一部が光照射野に入って減衰値に影響を与えているような角度で、スタイラスがタッチ面の法線に対して傾いていることによって引き起こされる可能性が高い。図２９は、そのようなシナリオにおけるスタイラスの角度に対する減衰のグラフを示している。図３０は、スタイラス３６０のケーシング３８０が光照射野３０１０に入り、減衰値を増加させることを示している。
【００７７】
タッチ面２０に接触する物体は、図３１ａ−図３１ｃに示すように、球形部分４１０を含む遠位のスタイラス先端４００を有するスタイラス６０であってもよい。球形部分４１０を有することにより、スタイラス６０が傾いているときの光照射野における減衰を実質的に一定に保つことができる。これは、スタイラスが傾いたときに変化しない遠位スタイラス先端４００の球形の対称性に起因する。これにより、様々な角度に傾けられたときに物体の有効幅を可能な限り一定に保つことができ、同時に使用される複数の物体を区別し易くなる。例えば、各スタイラス先端の寸法が、タッチ面上で使用されるときに、様々な描画ツールおよび色彩など特定のスタイラス特性に関連付けられる場合には、複数の異なるスタイラス６０を同時に使用することができる。球形部分４１０は、球体４１０をスタイラス６０の残りの部分に接続する細い遠位延長部４１１に配置される球体であってもよい。遠位延長部４１１の断面寸法を縮小することによって、光照射野内の遠位延長部４１１の面積が最小化されるため、スタイラス６０を傾けたとき、特に大きな角度でスタイラスを傾けたときの減衰が最小化されることとなる。
【００７８】
図３１ｃは、異なる高さｈｍａｘおよびｈ’ｍａｘを有する２つの異なる光照射野３０２０，３０３０をそれぞれ示している。光照射野の高さが、光照射野３０３０のように、球形部分４１０よりも高い場合、減衰を増加させるために液滴形状のスタイラス先端６００を有することが有利であることがある。図３２ａ−図３２ｃは、物体の長手方向軸６１２に沿って、遠位スタイラス先端６００と反対の物体６０の近位端６１１に向かって先細になる、液滴形状６１０，６２０を含む遠位スタイラス先端６００を有する物体６０を示している。液滴形状は、スタイラス６０の近位端６１１に向かって長手方向６１２に徐々に狭まる。図３２ｃは、高い光照射野３０３０における遠位先端４００，６００の異なる断面を示している。液滴形状の先端６１０は、球形部分４１０と比較して光照射野の上部により大きな領域を加え、それにより減衰が増大する。液滴形状６１０は、スタイラス６０を傾けたときに、同時に有効幅の増加を最小に抑える。
【００７９】
図３３ａおよび図３３ｂは、別の液滴形状のスタイラス先端６００を示している。液滴形状は、少なくとも部分的な球面６１３を含むことができる。少なくとも部分的な球面６１３は、物体の長手方向軸６１２と交差して、その周りに回転対称性を有する遠位ベース部分６２１を含むことができる。少なくとも部分的な球面６１３は、遠位ベース部分６２１の近位側に配置された環状側面６２２をさらに備え、環状側面が、物体の長手方向軸６１２の周りに部分的な球面６１３の最大円周を規定する。環状側面６２２は、物体の長手方向軸６１２の周りに回転対称性を有する。遠位ベース部分６２１は、物体の長手方向軸６１２に平行な平面内にある円の仮想円中心に対して、環状側面６２２よりも大きな曲率半径を有する。遠位ベース部分６２１は、側面６２２よりも大きな曲率半径を有し、すなわち、遠位先端６００の質量中心点６１６に向けてより平らであるか、またはより凸状ではないため、遠位先端６００のボリュームの一部が、遠位先端６００を傾けたときに光照射野の上方の位置にシフトすることとなる。これは図３４に概略的に示されており、より小さな曲率半径を有する遠位ベース部分を有する遠位先端６１０と比較したとき、シフトしたボリュームの部分が６１４，６１４’として示されている。シフトしたボリューム６１４，６１４’は、その代わりに、６１５で光照射野の上に配置される。したがって、これは、スタイラスを傾けたときに光照射野に入る近位部分の追加されたボリュームを補正する。よって、液滴形状６２０は、物体の有効幅を可能な限り一定に保ちながらも、高い光照射野における機能性を改善するものとなる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【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１８】
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【図１９】
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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２９】
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【図３０】
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【図３１ａ】
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【図３１ｂ】
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【図３１ｃ】
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【図３２ａ】
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【図３２ｂ】
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【図３２ｃ】
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【図３３ａ】
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【図３３ｂ】
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【図３４】
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【国際調査報告】
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