(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、
前記光源から光を受光するように光学的に接続されたマルチチャンネル送信導波管部であって、前記光源から受光した光を導くことによって、第一の方向に同時に射出されるように前記第一の光ビーム群を生成する複数の光送信導波管を含む送信導波管部と、
前記送信導波管部から前記第一の方向に間隔を空けて配置されたマルチチャンネル受信導波管部であって、前記光送信導波管から射出される前記第一の光ビーム群を同時に受光する複数の光受信導波管を含む受信導波管部と、
前記受信導波管部と光学的に接続され、前記受信導波管部の前記光受信導波管からの光を受光する光検出器であって、前記受信導波管部の前記光受信導波管からの光の強度を測定する光検出器と、
前記光検出器の出力信号を処理する処理回路と、
を備え、
前記処理回路は、前記光検出器の出力信号で表される明暗パターンの中から最小影を選択し、前記最小影の座標位置をユーザー入力の位置として決定する、装置。
【請求項２】
請求項１記載の装置であって、
電子機器用の入力装置である、装置。
【請求項３】
請求項２記載の装置であって、
前記送信導波管部と前記受信導波管部との間に入力領域が形成される、装置。
【請求項４】
請求項３記載の装置であって、
ユーザーが、指またはスタイラスを用いて前記装置の前記入力領域での対話型操作を行うことによって前記電子機器に入力することが可能である、装置。
【請求項５】
請求項３記載の装置であって、
前記入力領域での対話型操作によるコンピュータシステム用のユーザー入力装置である、装置。
【請求項６】
請求項１記載の装置であって、
前記光検出器は、前記受信導波管部と光学的に接続され、前記受信導波管部の前記光受信導波管からの光を受光する光検知領域を有する集積回路である、装置。
【請求項７】
請求項１記載の装置であって、更に、
光学的に前記送信導波管部の近傍に配置され、前記光送信導波管から射出される前記第一の光ビーム群を、前記受信導波管部の対応する光受信導波管に向けてコリメートするレンズを備える、装置。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれかに記載の装置であって、
前記光送信導波管と前記光受信導波管が、リソグラフィにより形成された導波管である、装置。
【請求項９】
請求項８記載の装置であって、
前記光送信導波管と前記光受信導波管は、矩形の断面を有する、装置。
【請求項１０】
請求項７記載の装置であって、
前記装置は、コンピュータシステムへのユーザー入力を提供するための入力装置であり、
前記光検出器は、前記受信導波管部と光学的に接続され、前記受信導波管部の光チャネルから光を受光する光検知領域を有する集積回路である、
装置。
【請求項１１】
電子機器用の入力装置であって、
少なくとも一つの光源と、
複数の光検出素子で光強度を検出する光検出器と、
複数の導波管を含み、リソグラフィにより形成された導波管構造体と、
前記光検出器の出力信号を処理する処理回路と、
を備え、
前記光源は、前記導波管構造体の第一の導波管群に光を入射させ、前記第一の導波管群は、前記導波管に入射した光を方向決めして前記導波管に入射した光から光ビーム格子を生成し、前記光ビーム格子は、入力領域を同時に通過した後に前記導波管構造体の第二の導波管群によって前記光検出器の前記光検出素子に向けられ、
前記処理回路は、前記光検出器の出力信号で表される明暗パターンの中から最小影を選択し、前記最小影の座標位置をユーザー入力の位置として決定する、
入力装置。
【請求項１２】
請求項１１記載の入力装置であって、
前記リソグラフィにより形成された導波管構造体は、誘電体であり、
前記第一の導波管群は、前記入力領域を横切って、前記第二の導波管群のうちの対応する導波管に向かうように光ビームを射出する、入力装置。
【請求項１３】
請求項１１記載の入力装置であって、
前記レンズは、光ビームが射出される前記第一の導波管群の光出射側近傍に配置され、帯状部材内に形成されたマイクロレンズである、入力装置。
【請求項１４】
請求項１１記載の入力装置であって、
前記入力装置は、コンピュータシステムへのユーザー入力を提供するものであり、
前記光検出器は、前記受信導波管部と光学的に接続され、前記受信導波管部の光チャネルから光を受光する光検知領域を有する集積回路である、入力装置。
【請求項１５】
請求項１４記載の入力装置であって、
前記集積回路の前記光検知領域は、複数の光電セルを含む、入力装置。
【請求項１６】
請求項１１記載の入力装置であって、
前記導波管構造体が複数の導波管部を含む、入力装置。
【請求項１７】
請求項１６記載の入力装置であって、
第一の導波管部が水平光ビームを生成し、第二の導波管部が垂直光ビームを生成し、前記入力領域を挟んで前記第一の導波管部の反対側に配置される第三の導波管部が、前記第一の導波管部からの前記水平光ビームを受光し、前記入力領域を挟んで前記第三の導波管部の反対側に配置される第四の導波管部が、前記第二の導波管部からの前記垂直光ビームを受光する、入力装置。
【請求項１８】
請求項１１記載の入力装置であって、
前記導波管構造体は一体構造である、入力装置。
【請求項１９】
請求項１１記載の入力装置であって、
前記電子機器は、ディスプレイ装置を有するコンピュータシステムであり、
前記ディスプレイ装置は、スクリーン領域と周辺部とを含んでおり、
前記入力装置は、前記入力装置の前記入力領域が前記ディスプレイ装置の前記スクリーン領域の上に配置されるように、前記ディスプレイ装置の前記周辺部に取り付けられている、入力装置。
【請求項２０】
入力装置に関するユーザー入力を決定する方法であって、
（ａ）光源を準備する工程と、
（ｂ）前記光源からの光を、マルチチャンネル送信導波管の複数の経路を介して導くことによって、複数の平行な光ビームを出射させる工程と、
（ｃ）前記入力装置に対して位置決めされた前記入力装置の入力領域を通過するように、前記平行な光ビームを同時に方向決めする工程と、
（ｄ）前記入力領域を通過した後の前記平行な光ビームを同時に受光する工程と、
（ｅ）前記受光された平行な光ビームの各々に関する光強度を求める工程と、
（ｆ）前記求められた光強度値に基づいて、前記入力装置に関するユーザー入力が存在するか否かを決定する工程と、
を備え、
前記工程（ｆ）は、
前記光強度値で表される明暗パターンの中から最小影を選択し、前記最小影の座標位置をユーザー入力の位置として決定する工程を含む、
方法。
【請求項２１】
請求項２０記載の方法であって、
前記方法は、前記入力装置に関する前記ユーザー入力の位置を決定し、
更に、
（ｇ）前記求められた光強度値に基づいて、前記入力装置に関する前記ユーザー入力の位置を決定する工程、を備える、方法。
【請求項２２】
請求項１〜９のいずれかに記載の装置であって、
前記送信導波管部は誘電材料で形成されており、前記受信導波管も誘電材料で形成されている、装置
【請求項２３】
請求項１１〜１９のいずれかに記載の入力装置であって、更に、
光学的に前記導波管構造体の近傍に配置され、前記第一の導波管群から射出される光ビームをコリメートするレンズを備える、入力装置。
【請求項２４】
請求項１１〜１９，２３のいずれかに記載の入力装置であって、
前記リソグラフィで形成された導波管構造体は、誘電性構造体である、入力装置。
【請求項２５】
請求項１１〜１９，２３のいずれかに記載の入力装置であって、
前記第１の導波管群は、形成された前記光格子ビームが前記第１の導波管群内に入射する光の方向とは実質的に異なる方向に向けられるように、前記導波管に入射する光を方向決めする、入力装置。
【請求項２６】
請求項１〜１０のいずれかに記載の装置であって、
前記送信導波管部は非ファイバー送信導波管であり、前記受信導波管部も非ファイバー送信導波管である、装置。
【請求項２７】
請求項１〜１０，２６のいずれかに記載の装置であって、
前記送信導波管部は多層送信導波管であり、前記受信導波管部も多層送信導波管である、装置。
【請求項２８】
請求項１〜１０，２６，２７のいずれかに記載の装置であって、
前記送信導波管部は矩形の帯状片であり、前記受信導波管部も矩形の帯状片である、装置。
【請求項２９】
請求項１〜１０，２６〜２８のいずれかに記載の装置であって、
前記光検出器は、少なくとも前記受信導波管部の前記第一の光受信導波管群からの光の強度をほぼ同時に検出する複数の光検出素子を含む、装置。
【請求項３０】
請求項２９記載の装置であって、
前記装置は、高解像度入力装置であり、
少なくとも前記第１の光ビーム群が、前記光源から前記送信導波管部内の前記光送信導波管を介して入力領域を通過するようにほぼ同時に方向決めされた後、前記受信導波管部内の前記光受信導波管によってほぼ同時に受信され、その後、前記光検出器の対応する光検出素子に向けられて、光強度がほぼ同時に検出される、装置。
【請求項３１】
請求項１〜１０，２６〜３０のいずれかに記載の装置であって、
前記受信送信導波管は、前記受信導波管部の前記第１の光ビーム群を受信する側の近くにフレア状に広がる部分を有する、装置。
【請求項３２】
請求項２７記載の装置であって、
前記多層送信導波管部は、少なくとも１つの低屈折率層と少なくとも１つの高屈折率層とを有しており、
前記多層受信導波管部も、少なくとも１つの低屈折率層と少なくとも１つの高屈折率層とを有している、装置。
【請求項３３】
請求項２０記載の方法であって、
前記工程（ｂ）は、前記光源からの光を、複数の曲線経路を介して導く工程を含む、方法。
【請求項３４】
請求項１記載の装置であって、
前記送信導波管部は、前記第一の光ビーム群を生成するときに、前記光源から受信した光を曲線に沿って向け直す、装置。
【請求項３５】
請求項１記載の装置であって、
前記送信導波管部は、誘電体材料で形成されており、
前記受信導波管部は、誘電体材料で形成されている、装置。
【請求項３６】
請求項９記載の装置であって、
前記送信導波管部は、誘電体材料で形成されており、
前記受信導波管部は、誘電体材料で形成されている、装置。
【請求項３７】
請求項１１記載の入力装置であって、
前記リソグラフィにより形成された導波管構造体は、誘電体構造である、入力装置。
【発明の詳細な説明】
発明の背景
１．発明の分野
本発明は、ユーザー入力装置に関し、更に詳しくは、コンピュータシステム用のユーザー入力装置に関する。
２．関連技術の説明
コンピュータシステム用のユーザー入力装置は、様々な形態をとり得る。ここで関連する二種類のユーザー入力装置の形態は、タッチスクリーンとペン式スクリーンである。タッチスクリーンは、ユーザーが自分の指でディスプレイスクリーンに触ることによりユーザー入力が可能となる。ペン式スクリーンは、ユーザーがスタイラスまたはペンでディスプレイスクリーンに触ることによりユーザー入力が可能になる。
タッチスクリーンあるいはペン式スクリーンを実現する従来の手法の一つは、ディスプレイスクリーン全体にわたって抵抗性または容量性のフィルムをかぶせるものである。この従来のフィルムによる手法の問題点の一つは、フィルムが破損しやすいことである。従来のフィルムによる手法の別の問題点は、コストが周長に対して二次関数的に比例するため、標準サイズあるいはそれより大きなサイズのディスプレイスクリーンの場合、コストがかかりすぎることにある。この従来のフィルムによる手法の更に別の問題点は、かなり透明性の低いフィルムがディスプレイスクリーン上にかぶせられることである。このため、フィルムをかぶせることにより、ディスプレイスクリーンがぼんやりする。これを解消するために、ディスプレイスクリーンの光出力強度を上げることはできるが、常に十分な効果が得られるわけではない。例えば、携帯型コンピュータの場合、光強度を上げることが不可能か、あるいは、可能だとしても電力消費が大きくなり、携帯型コンピュータのバッテリにかかる負荷が増大する。
タッチスクリーンあるいはペン式スクリーンを実現する別の手法は、赤外発光ダイオード（ＬＥＤ）群を用いて光を射出し、対応するフォトトランジスタ群を用いて光を検出するものである。この従来の光を使用した手法における主要な問題点は、部品数が多くなることである。また、部品が大きくなるため、携帯型コンピュータでの使用には適さない。この従来の光を使用した手法の別の問題点は、ペン式スクリーンに必要な高い解像度を実現不可能なことである。更に、従来の光を使用した手法は、部品数が多くなるため、コストがかかる。
タッチスクリーンあるいはペン式スクリーンを実現する更に別の手法は、光ファイバケーブル束と、制御可能マスクとしての液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）と、多重化方式とを用いるものである。このような手法に関しては、米国特許第５，１９６，８３６号に記述されている。ここでは、光エミッタが一つだけ用いられているが、光ファイバケーブルから出力された光は広範囲に広がるため、一時に一本の光ファイバケーブルから出力される光を順次分離するために複数の制御可能ＬＣＤマスクが必要になる。別個の光ファイバケーブルからの光も、受光側で分離される。このような構成の場合、システムは、多重化方式を用いて光ファイバケーブルの各々を介して走査を行う必要があり、処理速度が非常に遅くなる。さらに、この手法では、ペン式スクリーンに必要な高い解像度を実現することができず、また、成形加工にかなりのコストがかかる。
従って、適正なコストで高い解像度を実現可能な改良されたユーザー入力装置に対する要望がある。
発明の概要
一般に、本発明は、光格子を用いて位置情報を与える電子機器用のユーザー入力装置に関する。光格子は、光の送信と受信を行う導波管を用いて形成され、処理される。光学機器を用いて、ユーザー入力装置の動作を増強するようにしてもよい。ユーザー入力装置は、特に、コンピュータシステム等のためのユーザー入力装置としての使用に適している。
本発明は、装置、システム、方法等、種々の形態で実現可能である。以下に、本発明の形態をいくつか説明する。
本発明の一形態による装置は、光源と；前記光源から光を受光するように光学的に接続された送信導波管部であって、誘電体から形成されており、前記光源から受光した光に応じて第一の光ビーム群を生成する複数の光送信導波管を含んでおり、前記第一の光ビーム群が前記光送信導波管から第一の方向に射出される、送信導波管部と；前記送信導波管部から前記第一の方向に間隔を空けて配置された受信導波管部であって、誘電体から形成されており、前記光送信導波管から射出される前記第一の光ビーム群を受光する複数の光受信導波管を含む受信導波管部と；前記受信導波管部と光学的に接続され、前記受信導波管部の前記光受信導波管からの光を受光する光検出器であって、前記受信導波管部の前記光受信導波管からの光の強度を測定する光検出器と、を備える。更に、光学的に前記送信導波管部の近傍に配置され、前記光送信導波管から射出される前記第一の光ビーム群を、前記受信導波管部の対応する光受信導波管に向けてコリメートするレンズを備えるようにしてもよい。
本発明の他の形態である電子機器用の入力装置は、少なくとも一つの光源と；複数の光検出素子で光強度を検出する光検出器と；複数の導波管を備え、リソグラフィにより形成された導波管構造体と、を備える。前記光源は、前記導波管構造体の第一の導波管群に光を入射させ、前記導波管構造体が、前記導波管に入射した光から光ビーム格子を生成し、前記光ビーム格子は、入力領域を通過した後、前記導波管構造体の第二の導波管群により、前記光検出器に向けられる。
本発明の一つの形態は、入力装置に関するユーザー入力を決定する方法であり、前記方法は、光源を準備する操作と；前記光源から複数の平行な光ビームを出射させる操作と；前記入力装置に対して位置決めされた前記入力装置の入力領域を通過するように前記平行な光ビームを同時に方向決めする操作と；前記入力領域を通過した後の前記平行な光ビームを同時に受光する操作と；前記受光された平行な光ビームの各々に関する光強度を求める操作と；前記求められた光強度値に基づいて、前記入力装置に関するユーザー入力が存在するか否かを決定する操作と、を備える。
本発明には、多くの利点がある。利点の一つは、高い解像度が得られることである。別の利点は、コストが周長に対して一次関数的に比例するため、入力装置のコストが適正であり、従来の設計のものに比べて非常に低いことである。このため、本発明の入力装置は、標準的な大きさ及びそれより大きなディスプレイスクリーンに特に好適である。また別の利点は、ディスプレイスクリーン強度が妨害されないことである。更に別の利点は、入力装置が必要とする部品数が少なく、かつ比較的小さくて、安価で、二次元面上で容易に組み立て可能なことである。
本発明の他の観点並びに利点は、付随する図面に関連して本発明の要旨を例示する、以下の詳細な説明から明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
本発明は、付随する図面に関連した以下の詳細な説明により、容易に理解されるであろう。ここで、同一の参照番号は同一の構造要素を表す。
図１は、本発明の一実施例に従う入力位置検出システムを示すブロック図；
図２は、コンピュータシステムを示す図；
図３は、本発明の一実施例に従う入力装置を示す図；
図４は、本発明の一実施例に従う入力装置の概略を示す図；
図５は、本発明の一実施例に従う導波管の構成の概略を示す図；
図６Ａ及び６Ｂは、図５に示す導波管の断面図；
図６Ｃは、本発明の一実施例に従う導波管部の構造を示す図；
図６Ｄは、本発明の一実施例に従い図６Ｃに示す導波管を形成するための成形加工処理工程を示すフローチャート；
図６Ｅは、出力導波管を示す図；
図６Ｆは、本発明の他の実施例に従う導波管構造を形成するための成形加工処理工程を示すフローチャート；
図７Ａは、導波管への光の光学的接続を示す説明図；
図７Ｂは、レシーバに対する導波管の光学的な接続を示す説明図；
図７Ｃは、本発明の一実施例に従うレシーバを実現するＡＳＩＣレイアウトを示すブロック図；
図８は、本発明の一実施例に従う初期化処理を示すフローチャート；
図９は、本発明の一実施例に従う閾値調節処理を示すフローチャート；
図１０Ａは、本発明の一実施例に従う影検出処理を示すフローチャート；
図１０Ｂ及び１０Ｃは、本発明の一実施例に従う影検出処理の例を示す図；
図１１Ａ及び１１Ｂは、導波管から送信された光の拡散を抑制するように、導波管の近傍にマイクロレンズを配置した構成の概略を示す図；
図１２Ａないし１２Ｄは、本発明の他の実施例に従う入力装置の概略を示す図である。
発明の詳細な説明
本発明は、光格子を用いて位置情報を与える電子機器用のユーザー入力装置に関する。光格子は、光の送信と受信を行う導波管を用いて形成され、処理される。光学機器を用いて、ユーザー入力装置の動作を増強するようにしてもよい。ユーザー入力装置は、特に、コンピュータシステム等のためのユーザー入力装置としての使用に適している。
以下に、本発明の実施例を、図１ないし図１２Ｄを参照して説明する。当業者には容易に明らかなように、これらの図に基づく詳細な説明は例示に過ぎず、本発明は、何らこれらの実施例に限定されるものではない。
図１は、本発明の一実施例に従う入力位置検出システム１００を示すブロック図である。この入力位置検出システム１００は、光源１０２を備え、光源１０２から出射された光は導波管１０４に向う。導波管１０４は入射光を複数の光ビーム１０６として出射し、出射された光ビーム１０６は伝送媒体１０８を通って、導波管１１０に向う。導波管１１０は、受光した光ビーム１０７を光ビーム１１４として受光器１１２に向ける。次に、受光器１１２が、受光した光ビーム１１４の各々に対する光強度レベルに基づき、受光した光ビーム１１４の各々が「オン」であるか「オフ」であるかを判定する。
伝送媒体１０８を通る際に、（例えば、ユーザー入力により）遮蔽された光ビーム１０６は、受光器１１２により「オフ」の光ビームとして認識される。ユーザーの指（タッチ入力）あるいはスタイラス（ペン入力）により、光ビーム１０６の内の一本あるいは複数本が遮蔽され、導波管１１０及び受光器１１２に到達しない。遮蔽された特定の一本あるいは複数本の光ビーム１０６により、伝送媒体１０８（例えば、ディスプレイスクリーン）に対して所定の相対位置を占める光ビーム１０６に関するユーザー入力の位置が示される。すなわち、受光器１１２が「オフ」であると判定した一本あるいは複数本の光ブーム１１４により、ユーザー入力の位置が示される。
入力位置検出システム１００は、送信側に、すなわち、導波管１０４の出力側近傍に、レンズ１１６（例えば、ポリマーマイクロレンズ列）を備えるようにしてもよい。レンズ１１６は、伝送媒体１０８を介して光ビーム１０６を各々の導波管１１０に向わせるコリメータレンズであることが望ましい。入力位置検出システム１００は、更に、受信側に（すなわち、導波管１１０の入力側近傍に）レンズ１１８を備えるようにしてもよい。レンズ１１８は、伝送媒体１０８を透過した光ビームを各々の導波管１１０に向わせる。
図２は、コンピュータシステム２００を示す図である。このコンピュータシステム２００は、本発明に従う入力装置のホストとして適した代表的なコンピュータシステムである。コンピュータシステム２００は、ＣＤ−ＲＯＭドライブ２０４とフロッピードライブ２０６とを有するコンピュータハウジング２０２を備える。コンピュータシステム２００は、また、ディスプレイ装置２０８、キーボード２１０、ポインティング・デバイス（例えば、マウス２１２）を備える。図２に示されるコンピュータシステム２００は、デスクトップ型コンピュータシステムであり、ディスプレイ装置２０８は、通常、独立の製品で、（図示しない）ケーブルを介してコンピュータ本体２０２に接続される。コンピュータシステム２００のキーボード２１０とポインティング・デバイス２１２を用いることにより、ユーザーは、コンピュータシステム２００に対してユーザー入力を行うことができる。
前述したように、本発明は、コンピュータ等の電子機器によって利用される光格子に基づく入力装置に関する。本発明の一実施例として、入力装置は、ディスプレイ装置２０８のスクリーン領域２１４全体にわたって配置され、スクリーン領域２１４を囲むディスプレイ装置２０８の周辺部２１６に貼り付けられる。入力装置は、スクリーン領域２１４の上に重なったり、スクリーン領域２１４を遮蔽したりしないものであることが望ましい。あるいは、入力装置がディスプレイ装置２０８と一体に形成されていてもよい。ユーザーは、入力装置によって生成された光格子の或る部分を妨害することにより、コンピュータシステム２００にユーザー入力を行うことができる。このように、入力装置は、従来のタッチスクリーンやペン式スクリーンとは異なるものの、同じような方法でコンピュータシステム２００に位置情報を与えることができる。本発明の他の実施例として、入力装置を、携帯型コンピュータのディスプレイスクリーン全体にわたって、あるいは、ディスプレイスクリーンと一体に、配置するようにしてもよい。本発明に従う入力装置は、ディスプレイスクリーン全体にわたって、あるいは、これと一体に配置されることが望ましいが、本発明の入力装置をディスプレイスクリーン以外の表面上に配置するようにしてもよい。例えば、入力装置は、ペン入力用あるいはタッチ入力用のパッド、ボード、タブレットを囲むようにしてもよい。
この入力装置は、コンピュータシステムに対するユーザー入力以外にも、様々な環境で利用可能である。例えば、入力装置をロボットの位置決めに利用し、入力装置でロボットの位置情報を与えるようにしてもよい。あるいは、また別の例として、入力装置を安全センサあるいは非常センサとともに用いて、光ビームの遮蔽がスイッチの役割をするようにしてもよい。
図３は、本発明の一実施例に従う入力装置３００を示す図である。入力装置３００は、左辺３０２と、底辺３０４と、右辺３０６と、頂辺３０８とを有する矩形構造体である。入力装置３００は、このうち二辺において多数の平行光ビームを出射し、残りの二辺において多数の平行光ビームを受光する。入力装置３００に接続される光検出器は、受光した光ビームを解釈し、矩形構造体に対する任意のユーザー入力の相対位置を判定する。入力装置３００は、光源から出射された光あるいは光検出器に入射される光の方向を決める導波管構造体を備える。導波管構造体は導波管部３１０〜３１６を含み、各導波管部３１０〜３１６は複数の導波管を含んでいる。導波管は光チャネルとして作動する。図３には、導波管部３１０および３１２が、それぞれ複数の導波管３１８および３２０を有している様子が描かれている。各導波管は、光ビームを発生させるため、または、光ビームを受光するために使用される。
この実施例では、入力装置３００は、コンピュータシステム用のディスプレイ装置のスクリーン領域の周囲に配置されている。例えば、入力装置３００は、図２に示したコンピュータシステム２００のディスプレイ装置２０８の周辺部２１６に貼り付けることにより、ディスプレイ装置２０８のスクリーン領域２１４の周囲に配置することができる。入力装置３００は、様々な方法で適所に保持可能である。例えば、入力装置をディスプレイ装置内に加工したり、組み込んだりするようにしてもよいし、あるいは、ディスプレイ装置３０８を囲むディスプレイ装置の周辺部に対して機械的に取り付けるようにしてもよい。一つの例として、スナップ嵌めプラスチックフレームが入力装置３００の部品を保持し、そのプラスチックフレームがディスプレイ装置２０８内に組み込まれるようにしてもよい。あるいは、別の例として、ディスプレイ装置がフラットディスプレイ（例えば、携帯型コンピュータ用フラットパネルディスプレイ）の場合、ディスプレイ装置の部品を保持するサブアッセンブリを、フラットディスプレイを囲む金属ベゼル内に組み込むようにしてもよい。
図３に示した入力装置３００は矩形構造体であるが、本発明による入力装置は、決まった形状や矩形である必要はない。実際のところ、本発明による入力装置とともに用いられる導波管構造体は、入力装置が取り得る形状に融通性を提供している。
図４は、本発明の一実施例に従う入力装置４００を示す概略図である。この入力装置４００は、入力装置３００の詳細を示しており、二つの光源と二つの受光器をそれぞれ利用して光格子の送信・受信を行う。ただし、入力装置３００に関して図３で示したようなハウジングは、図４の入力装置４００では省略されている。
入力装置４００は、第一トランスミッタ４０２と、第二トランスミッタ４０４と、マスタ・レシーバ４０６と、スレーブ・レシーバ４０８と、を備える。更に、入力装置４００は、導波管部４１０、４１２、４１４、４１６を備える。導波管部４１０〜４１６は、入力領域（すなわち、ディスプレイ装置のスクリーン領域）の周辺に位置するように配置される。スレーブ・レシーバ４０８は、マスタ・レシーバ４０６と通信し、マスタ・レシーバ４０６は、ホストコンピュータ（例えば、コンピュータシステム２００）と通信する。
図３には示していないが、入力装置４００に、更に、望ましくは入力装置４００のハウジング内に配置されるレンズ部４２２、４２４、４２６、４２８を設けるようにしてもよい。レンズ部４２２、４２４、４２６、４２８は、導波管部４１０、４１２、４１４、４１６にそれぞれ対応する。レンズ部４２２、４２４、４２６、４２８は、導波管部４１０〜４１６に近接して配置され、入力領域（すなわち、ディスプレイ装置のスクリーン領域）の周辺に位置する。
入力装置４００は、以下のように作用する。トランスミッタ４０２が起動すると、トランスミッタ４０２に隣接する導波管部４１０の端部に光が入射する。導波管部４１０に入射した光は、導波管部４１０に含まれる複数の導波管（すなわち、光チャネル）に向けられる。導波管部４１０に含まれる各導波管は、水平光ビーム４１８を出射し、この水平光ビーム４１８は、ディスプレイ装置のスクリーン領域を通って、導波管部４１２に到達する。導波管部４１２は、導波管部４１０に含まれる導波管に対応する複数の導波管を備える。導波管部４１０から送られた光ビーム４１８は、導波管部４１２に含まれる導波管に向けられ、整列される。この結果、受光された光ビームが、スレーブ・レシーバ４０８の光検出素子に向う。スレーブ・レシーバ４０８は、導波管部４１２の端部に接し（あるいは、ほとんど接し）、スレーブ・レシーバ４０８の光検出素子で、導波管部４１２内部の各々の導波管から送られた光を受光する。
同様に、トランスミッタ４０４が起動すると、トランスミッタ４０４に隣接する導波管部４１４の端部に光が入射する。導波管部４１４に入射した光は、導波管部４１４に含まれる複数の導波管（すなわち、光チャネル）に向けられる。導波管部４１４に含まれる各導波管は、垂直光ビーム４２０を出射し、この垂直光ビーム４２０は、ディスプレイ装置のスクリーン領域を通って、導波管部４１６に到達する。導波管部４１６は、導波管部４１４に含まれる導波管に対応する複数の導波管を備える。導波管部４１４から送られた光ビーム４２０は、導波管部４１６に含まれる光チャネルに向けられ、整列される。この結果、受光された光ビームが、マスタ・レシーバ４０６の光検出素子に向う。マスタ・レシーバ４０８は、導波管部４１６の端部に接し（あるいは、ほとんど接し）、マスタ・レシーバ４０６の光検出素子で、導波管部４１６内部の各々の導波管から送られた光を受光する。
入力装置４００がレンズ部４１８〜４２４を備える場合でも、光の拡散が抑制されることにより効果が増強されることを除けば、基本的に、同じように作用する。レンズを用いた場合の利点は、光をコリメートすることにより、光ビームがより大きなスクリーン領域を通り、導波管部の成形加工処理が簡単になることである。導波管部４１０から出力された水平光ビームは、レンズ部４２２によりコリメートされ、レンズ部４２４によって再び焦点を結び、導波管部４１２に含まれる導波管により受光される。同様に、導波管部４１４から出力された水平光ビーム４２０は、レンズ部４２６によりコリメートされ、レンズ部４２８によって再び焦点を結び、導波管部４１６に含まれる導波管により受光される。
トランスミッタ４０２及び４０４は、光源であることが望ましい。例えば、各トランスミッタ４０２、４０４に発光ダイオード（ＬＥＤ）を用いてもよい。トランスミッタから射出される光の波長は限定されない。しかし、好ましい波長範囲は、０．３８から１．１０マイクロメートルである。さらに好ましくは、０．４０から０．４８マイクロメートルの範囲である。あるいは、０．７０から０．９５の範囲でもよい。例えば、波長約０．４３マイクロメートルの窒化ガリウム青色ＬＥＤを、トランスミッタとして用いるようにしてもよい。導波管部４１０〜４１６に関しては、図５、図６Ａ、図６Ｂ、図６Ｃ、並びに、図６Ｄを参照して後述する。
スレーブ・レシーバ４０８とマスタ・レシーバ４０６は、様々に設計可能である。例えば、レシーバ４０６および４０８は、感光性領域を有するようなカスタム化された特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）その他の回路によって実現することができる。
レシーバ４０６及び４０８は、感光性領域からの感光性測定値をデジタル量に変換し、変換されたデジタル量をホストコンピュータに送信する回路に接続されているか、または、そのような回路を含んでいる。この回路は、例えば、専用の集積回路（ＩＣ）、あるいは、感光性領域を有するＡＳＩＣその他の回路等の、様々な形態で実現可能である。いかなる形態であっても、レシーバ４０６および４０８は、入力装置４００を作動させるための処理作業を行う。ＡＳＩＣを用いた場合の利点は、光センサ（光検出素子）を、レシーバ４０６および４０８による他の処理作業を実行するための論理素子と同一の集積回路上に形成可能なことである。この光センサも、様々な形態で構成可能である。電荷結合素子（ＣＣＤ）は光検出に適しているが、必要とするシリコン量が多く、ＣＭＯＳ回路よりも電力消費が大きい。ＣＭＯＳ技術ではＣＣＤセンサを成形加工することはできないが、当業者に周知のように、他の光センサを形成可能である。ＡＳＩＣ手法の詳細に関しては、図７Ｃを参照して、後述する。
図５は、本発明の一実施例に従う導波管構造５００を示す概略図である。導波管構造５００は、光源から、一対の導波管部を介して、受光器までの光学的接続を示す。導波管構造５００は、例えば、図４に示す入力装置４００の導波管部４１４および４１６に適している。
導波管構造５００は、第一導波管部５０２と、第二導波管部５０４とを備え、これらは、一方向の入力用の導波管部対を形成する。光５０６が導波管部５０２の一端に入力されると、導波管部５０２に含まれる複数の光送信導波管（すなわち、光送信チャネル）により、複数の光ビーム５０８が生成され、導波管部５０４に向けて出射される。光ビーム５０８は、各々、導波管部５０４の対応する光受信導波管（すなわち、光受信チャネル）に向う。導波管部５０４の光受信導波管は、光ビーム５０８を受光し、（レシーバ用に）複数の光ビーム５１０を生成して、導波管部５０４の端部に向けて出射する。光ビーム５１０の各々は、導波管部５０４に含まれる各光受信導波管に受光された光に対応する。導波管構造５００が有効に用いられる入力方向は、光ビーム５０８と垂直な方向（すなわち、図５では水平方向）である。
図６Ａおよび図６Ｂは、図５に示す導波管部５０４および５０２の断面を示す図である。図６Ａに示すように、導波管部６００は、受光側部６０２と光出力端部６０３とを備える。受光側部６０２は、光を受信する複数の導波管（チャネル）を有する。受光側部６０２は多くの光受信導波管を備えるが、その中で、光受信導波管６０４、６０６、６０８、６１０、６１２が図示されている。これらの光受信導波管は、各々、導波管部６００の光出力端部６０３の光出力導波管（チャネル）６１４、６１６、６１８、６２０、６２２に対応する。光受信導波管６０４、６０６、６０８、６１０、６１２及び光出力導波管６１４、６１６、６１８、６２０、６２２は、導波管部６００の内部に含まれる。
図６Ｂに示すように、導波管部６２４は、光出力側部６２６と光入力端部６２８とを備える。光出力側部６２６は、複数の光出力導波管（チャネル）６３０、６３２、６３４、６３６、６３８を有する。光出力導波管６３０、６３２、６３４、６３６、６３８は、各々、導波管部６００の光受信導波管６１２、６１０、６０８、６０６、６０４に対応する。導波管部６２４の光入力端部６２８は、多くの光入力導波管（チャネル）を備えるが、その中で、光入力導波管６４０、６４２、６４４、６４６、６４８が図示されている。これらの光入力導波管６４０、６４２、６４４、６４６、６４８は、各々、導波管部６２４の光出力側部６２６の光出力導波管６３０、６３２、６３４、６３６、６３８に対応する。光入力導波管６４０、６４２、６４４、６４６、６４８及び光出力導波管６３０、６３２、６３４、６３６、６３８は、導波管部６００の内部に含まれる。
導波管部のサイズを小さく抑え、かつ、高い解像度を実現するために、導波管部が導波管の層状構造を有していることが望ましい。図６Ｃは、本発明の一実施例に従う導波管部６５０の構造を示す図である。この導波管部６５０は、第一基板６５２を備え、第一基板６５２の上面には導波管６５４が、また、第一基板６５２の下面には導波管６５６が支持される。導波管部６５０は、更に、第二基板６５８を備え、第二基板６５８の上面には導波管６６０が、また、第二基板６５８の下面には導波管６６２が支持される。導波管６６０、６５６の高さ、幅、形状は特に限定されない。が、望ましい例として、高さが約５マイクロメートル、幅が約１０マイクロメートルの、矩形の形状が挙げられる。ポリエステル層６６４が第一基板６５２と第二基板６５８並びにそれらに保持された導波管の間に挟まれ、光セメントと共に導波管部６５０を固定する。導波管部６５０が導波管の層状構造を有することによる利点は、高い解像度を容易に実現できるところである。導波管部６５０の構造は、導波管サンドイッチとも称される。図示の簡略化のために、図６Ｃに示した導波管部６５０では、図６Ａ及び図６Ｂで示したチャネルの屈曲は省略してある。入力装置用のアッセンブリ（ハウジング）の外形寸法は、２ｍｍ未満に抑えることが望ましい。例えば、個々の導波管層（すなわち、導波管を有するガラス板）の厚さを７６０ミクロンにして、ガラス板の厚さを約０．７ｍｍ、ビスベンゾシクロブテン（ＢＣＢ）層が様々な厚さ（例えば、約０．５ないし５０マイクロメートルの範囲の厚さ）を有するようにしてもよい。二層の導波管層（すなわち、両面に導波管列を有するガラス板）と、二層の導波管層の間に挟まれるポリエステル層（例えば、厚さ５ミクロン）で、合計約４ｍｍの厚さの導波管サンドイッチが形成される。
図６Ｄは、本発明の一実施例に従い、図６Ｃで示した導波管部６５０を形成するための成形加工処理工程６７０を示すフローチャートである。まず、成形加工処理工程６７０は、６７２でガラス板を準備する。ガラス板は、個々の導波管の構造を保持する支持基板として用いられる。次に、６７４で、ガラス板の第一の面にＢＣＢ層を塗布し、低温で焼き付ける。ＢＣＢは感光性材料である。６７６で、感光性ＢＣＢを露光・現像して、チャネルを形成する。次に、６７８で、ＢＣＤ層を高温で焼き付ける。言い換えると、チャネルは、リソグラフィ・プロセスで形成される。その後、以下の処理により、基板の反対側にチャネルを形成する。６８０で、ガラス板をすばやくひっくり返し、６８２で、ガラス板の第二の面にＢＣＢ層を塗布し、低温で焼き付ける。６８３で、感光性ＢＣＢを露光・現像して、チャネルを形成する。次に、６８４で、ＢＣＤ層を高温で焼き付ける。その後、６８５で、ガラス板をレーザーカットして、導波管層を形成する。レーザーでのエッチング及びカッティングは、標準的な工業プロセスである。最後に、６８６で、二層の導波管層を、ポリエステル帯状片と光学セメントを用いて、組み合わせる（図６Ｃ参照）。ポリエステル帯状片を用いることにより、組み合わされた導波管層の間が互いに分離される。ブロック６８６の処理後、成形加工処理工程６７０を終了する。
図６Ｅは、フレア導波管６９０、６９２、６９４を示す図である。送信導波管及び／または受信導波管の端部に、このフレア導波管を用いるようにしてもよい。例えば、導波管部６２４の光出力側に近接する光出力導波管６３０〜６３８の一部を、図６Ｅに示すように、フレアあるいはテーパさせるようにしてもよい。光出力導波管をフレアさせることにより、光回折の広がりが減少する。同様に、光入力導波管をフレアさせることにより、入射光の受信面積を増大させることができる。
図６Ｆは、本発明の他の実施例による導波管構造を形成するための成形加工処理工程６９６を示すフローチャートである。一般に、導波管構造は、基板と、低屈折率層と、高屈折率層と、を備える。図６Ｄを参照して記述される実施例では、ガラスを基板と低屈折率層の両方として用い、ＢＣＢ層を高屈折率層として用いる。
いずれの場合でも、成形加工工程６９６は、以下のように進む。最初に、６９６−１で、基板材を準備する。次に、決定ブロック６９６−２で、基板材の屈折率（IOR（Index Of Refraction））が使用予定の導波管材の屈折率よりも低いか否かが判定される。決定ブロック６９６−２で、基板材の屈折率が導波管材の屈折率以上であると判定された場合には、６９６−３で、低屈折率（低IOR）を有する物質を準備し、６９６−４で、基板の両面にその物質を塗付する。低IOR材を焼き付ける、あるいは、硬化させる必要がある場合には、その操作を行う。このようにして、その物質を塗布された基板が、導波管材の屈折率よりも低い屈折率を持つようになる。一方、決定ブロック６９６−２で、基板材の屈折率が導波管材の屈折率よりも低いと判定された場合には、ブロック６９６−３と６９６−４を省略する。
基板材に望ましい特性としては、剛性、低熱膨張率、低吸水度、低IOR材の導波管材に対する表面接着性、並びに、低コストが挙げられる。好適な基板材としては、ガラス、ある種のプラスチック、セラミックス等がある。低IOR層に望ましい特性としては、導波管材よりも低いIOR、光学的透明度、、被膜として塗布されるか、あるいは、薄膜として成長させるときの基板材と導波管材への接着性、低熱膨張率、低吸水度、低コストが挙げられる。
ブロック６９６−４の処理後、あるいは、決定ブロック６９６−２で基板材の屈折率が使用予定の導波管材の屈折率よりも低いと判定された場合には、ブロック６９６−２の処理後、６９６−５で、導波管材シートを準備する。導波管材に望ましい特性としては、低IOR材や基板材よりも高いIOR、光学的透明度、被膜として塗布されるか、あるいは、薄膜として成長させるときの基板材と導波管材への接着性、低熱膨張率、低吸水度、低コストが挙げられる。６９６−６で、導波管材の第一面に塗膜する。塗膜後、６９６−７で、導波管材の第一面にリソグラフィでパターンを描き、個々の導波管を形成する。次に、６９６−８で、導波管材の第二面に塗膜する。塗膜後、６９６−９で、導波管材の第二面にパターンを描き、個々の導波管を形成する。この処理により、基板の両面に個々の導波管が成形加工され、その結果、導波管が実現可能な画素密度（すなわち、解像度）が増大し、必要サイズとコストの両方が削減できる（図６Ｃ参照）。その後、６９６−１０で、成形加工された基板と導波管材から導波管部を切断する。
図７Ａは、導波管部への光の光学的接続を示す図である。図示されている導波管部は、図６Ｂに示した導波管部６２４である。発光ダイオード（ＬＥＤ）７００は、光出力部７０２を有し、ＬＥＤ７００の端子７０４及び７０６に送信される電気信号に基づいて、光出力部７０２から光が出力される。光出力部７０２は、導波管部６２４の端部６２８に接し（あるいは、ほとんど接し）、導波管部６２４に光を伝送する。ＬＥＤ７００は、青色ＬＥＤのように比較的短波長であることが望ましい。例えば、スタンレイ社から入手可能な４３０ナノメートル（ｎｍ）の窒化ガリウム青色ＬＥＤをＬＥＤ７００として用いてもよい。スタンレイの窒化ガリウム青色ＬＥＤの出力光強度は、約１００ミリカンデラである。ＬＥＤは、直径約３．２ミリメートル（ｍｍ）の小さなパッケージであるＴ１パッケージの形態で提供される。
図７Ｂは、レシーバへの導波管部の光学的接続を示す図である。図示されている導波管部は、図６Ａに示した導波管部６００である。導波管部６００は、そこに含まれる光受信導波管６０４ないし６１２を介して、光を受信し、導波管部６００と光学的に接続されるレシーバに光を向わせる。この図示された例では、光受信導波管６０４〜６１２は、レシーバとして作動する集積回路デバイス７１０の光検出領域７０８と光学的に接続している。集積回路デバイス７１０は、様々な方法で、導波管部６００に貼り付けられる（あるいは、隣接される）。例えば、入力装置用ハウジング（図３参照）、接着剤あるいは別の機械的構造を用いて、集積回路デバイス７１０を導波管部６００に対して機械的に保持し、必要な光学的結合を実現する。
図７Ｃは、本発明の一実施例によるレシーバを実現するＡＳＩＣレイアウト７２０を示すブロック図である。このＡＳＩＣレイアウト７２０には、種々の機能論理ブロックが含まれる。トランスミッタ・ドライバ７２２は、トランスミッタ（光源）に電源（ＰＷＲ）信号とアース（ＧＮＤ）信号を与え、光を射出させる。クロック回路７２４は、トランスミッタ・ドライバ７２２にクロック信号を送り、クロック信号のデューティ・サイクルに従って、トランスミッタの動作を制御する。ＡＳＩＣレイアウト７２０は、更に、光検出器及び関連回路７２６を備えており、レシーバが受光した光を検出する。光検出器及び関連回路７２６は、ｘ方向とｙ方向の暗画素を示す信号を出力する。次に、処理回路７２８が、これらの出力信号を処理する。例えば、処理回路が後述する影処理を実行する。処理回路７２８には、ＦＩＦＯバッファ７３０が備えられ、ホストコンピュータに送信するべきデータが一時的に格納される。通信回路７３２は、ＦＩＦＯバッファ７３０に格納されたデータを検索し、ホストコンピュータにデータを出力する。レシーバ７２０は、データ信号（ＤＡＴＡ）とアース信号（ＧＮＴ）に電気的に接続されている。処理回路７２８及び通信回路７３２はさらに、クロック回路７２４から送信されたクロック信号を受信して、クロック信号に同期して処理を行う。ＡＳＩＣレイアウト７２０は、さらに、光検出器及び関連回路７２６と処理回路７２８とをセットアップし、初期化する初期化回路７３４を備えている。
図８は、本発明の一実施例による初期化処理８００を示すフローチャートである。初期化処理８００は、まず、８０２で、光源を起動する。例えば、図４に関して言えば、光源４０２及び４０４（トランスミッタ）が起動される。次に、８０４で、各光感知素子の光強度値を読む。すなわち、図４に関して言えば、レシーバ４０６及び４０８の光感知素子が作動して、各光感知素子における入射光の光強度値を測定する。その後、８０６で、所定の閾値よりも小さな光強度値を有する光感知素子をディスエーブル状態にする。ディスエーブル化された光感知素子は、対応する導波管の光受信チャネルに対応しないため、利用不能となる。すなわち、初期化処理８００により、レシーバ４０６及び４０８の適当な光感知素子を用いて、導波管の光受信チャネルを有効に調整する。通常、このような処理は、入力装置４００の製造、設計、及び、組み立てを容易にするため望ましい。特に、導波管内部のチャネルは非常に狭く、レシーバは、通常、導波管の端部のサイズを越えるような光検知素子の領域を有するので、このような処理が好適である。例えば、図７Ｂで、集積回路デバイス７１０の光検出領域７０８は、導波管６００の端部６０３よりも大きい。ブロック８０６の処理後、初期化処理８００を終了する。
図９は、本発明の一実施例による閾値調節処理９００を示すフローチャートである。閾値調節処理９００では、まず、９０２で、環境光条件下においてイネーブル状態にある各光検知素子の光強度値を読む。次に、９０４で、入力した光強度値に基づいて、「オン」閾値を求める。そして、９０６で、レシーバに「オン」閾値を設定する。例えば、９０６で、環境電流＋ｎ（環境電流−暗電流）を「オン」閾値に設定するようにしてもよい。ここで、ｎは整数を示す。ブロック９０６の処理後、閾値調節処理９００を終了する。
閾値調節処理９００を利用して、周期的、かつ、頻繁に、レシーバに「オン」閾値を設定して、レシーバが正確に「オン」条件と「オフ」条件を区別できるようにする。周期的、かつ、頻繁に「オン」閾値を更新することにより、入力装置は、光感知素子の測定光強度値に影響を与える可能性のある環境光条件の変化を補償することができる。例えば、本発明に従う入力装置を備えたコンピュータシステムのユーザーが、最初暗がりでコンピュータシステムを使い始め、その後ライトを点けた（導波管に光が向う）とすると、環境光条件が変化する。環境光条件がこのように変化した場合でも、入力装置は誤作動すべきではない。閾値調節処理９００により環境光条件の変化を補償することによって、環境光条件あるいはその変化に関係なく、高い信頼性で入力装置を操作することが可能になる。
図１０Ａは、本発明の一実施例に従う影検出処理１０００を示すフローチャートである。検出される影は、本発明に従う入力装置に対するユーザーのタッチあるいはスタイラスを用いたタッチに関係する。本発明に従う入力装置を取り付けたディスプレイ装置に指あるいはスタイラスでタッチすることにより、入力装置により生成された光ビームの内のあるものが遮蔽されるため、影が生じる。スクリーン領域の表面上に十字模様（すなわち、光格子）を形成する光ビームの内のあるものが遮蔽される（すなわち、妨害される）ことにより、それらの光感知素子に関してレシーバで測定した光強度が非常に低くなるため、影ができる。この結果、レシーバは、これらの光ビームが遮蔽されているため「オフ」であると検出する。
影検出処理１０００では、まず、１００２で、イネーブル状態の各光感知素子の光強度値を読む。次に、１００４で、「オフ」であると判定されたイネーブル状態の光感知素子に関する識別子を格納する。そして、１００６で、「オフ」であるイネーブル状態の光感知素子に関する識別子を、スレーブ・レシーバからマスタ・レシーバに送信する。１００８で、マスタ・レシーバは、これらの識別子から最小影を求める。１００８で最小影を求めることにより、入力装置は、スタイラス入力あるいはペン入力と、これと同時にスクリーンに触れたユーザーの手とを区別できる。１００８で最小影を求めた後、１０１０で、最小影の座標位置をホストコンピュータに送信する。ブロック１０１０の処理後、影検出処理１０００を終了する。
影検出処理１０００の例を図１０Ｂ及び１０Ｃを参照して説明する。図１０Ｂ及び１０Ｃにおいて、光検出セルに０，１，２，３，...ｎの番号を割り当てた。これらの例では、光を受光していない光検出セル（例えば、暗セル）のみが信号を出力すると仮定する。実際の処理では、各暗セルのアドレスを順に論理アレイに入力する。望ましい構成では、論理アレイが、存在する可能性のある影の最初と最後の画素を除くすべての画素を捨てて、ＦＩＦＯバッファに最初の画素、最後の画素；最初の画素、最後の画素…というパターンを格納する。例えば、図１０Ｂの例では、ＦＩＦＯに３，６；１２，１２が格納される。次に、最小影を選択して、その中心と幅を出力する。この例では、１２，１がホストコンピュータに送信される。図１０Ｃに示す他の例では、ＦＩＦＯに１２，１６が格納され、１４，５がホストコンピュータに送信される。
ホストコンピュータに送信する最小影を選択することにより、影検出処理１０００は、スタイラスと手のように二つの物体が同時にスクリーンに触れたような状況を判別することができる。最小影を識別して選択することにより、影検出処理１０００は、二つの物体を区別して、望ましいと考えられる方を選択することが可能である。ただし、手による影がスタイラスによる影を覆っている場合には、この手法が使えないが、通常、そのような事態は生じない。影の幅はスタイラスの幅を表すため、これを送信する。この手法は、ペン式スクリーン上での筆跡に有効であり、測定にも有効であると考えられる。更に、上述したように、本発明による入力装置が、送信導波管から受信導波管に向けて出力される光をコリメートするレンズ（例えば、回折レンズ）を備えるようにしてもよい。レンズは、独立したレンズでも、あるいは、レンズ・アレイでもよい。導波管が小さい場合（例えば、３ないし６マイクロメートルの場合）、マイクロレンズが用いられることが多い。さらに、入力装置の受信側にもレンズ（例えば、回折レンズ）を配置して、受信導波管に光の焦点を合わせるようにしてもよい。
図１１Ａ及び図１１Ｂは、導波管から送信された光の拡散を抑制するように、導波管の近傍にマイクロレンズを配置した構成の概略を示す図である。図１１Ａに示す光学構造１０００では、導波管１１０４の出力端部近傍にマイクロレンズ１１０２を配置する。マイクロレンズ１１０４は、導波管１１０４から射出された光をコリメートする。この結果、入力領域を横切る光ビームは、コリメートされた光ビーム１１０６になる。フレア開口部を有する導波管１１０８は、入力領域を通過したコリメート光ビームを受光する。導波管は、受光した光をレシーバに向ける。図１１Ｂに示す光学構造１１１０は、送信側が光学構造１０００と同様であるが、受信側が異なっている。この例では、レンズ１１１２が、入力領域を通過したコリメート光を受光する。レンズ１１１２は、受光したコリメート光ビームの焦点を導波管１１１４上に合わせる。
導波管用の厚い被膜をエッチングすることは難しく、時間がかかるため、レンズを使うことにより、導波管の構成が簡略化される。例えば、５μｍは中程度であり、１０μｍになるとやや厚く、２０μｍはかなり厚いと考えられる。導波管内で拡散する光の量は導波管の大きさに反比例する。このため、被膜が厚くなればなるほど導波管が深くなり、拡散が少なくなる。レンズを使う場合には、薄い被膜（例えば、５マイクロメートル）を導波管に適用することができる。レンズを使用した場合の他の利点は、トランスミッタが必要とする電力（すなわち、光強度）を低減可能なことである。
レンズは、通常、プラスチック製である。レンズは、様々な方法で形成可能である。一つの方法は、シリンジ装置を用いて液滴の特性と位置を制御して、樹脂の液滴を基板上に析出させるものである。この方法は、高品質であるが、費用がかかる。そのため、技能の修得に最も適している。他の方法は、リソグラフィによるエッチングを行い、基板上でプラスチックを溶融して、再固化させる工程を含む。高品質成形及び型押しのような伝統的な手法も利用可能であり、安価である。また、マイクロレンズ・アレイを製造している数多くの製造元（例えば、カナダ、アルバータ州のTR Labs）からレンズを入手するようにしてもよい。
図４に示し、上述した入力装置の実施例は、本発明の好適な実施例の一つである。ただし、本発明を他の実施例で実現することも可能である。これらの実施例では、導波管部、トランスミッタ、及び、レシーバの数を様々に変更可能である。一般に、部品数が少なければ少ないほど、安価に製造できる。ただし、周長が大きな入力領域になれば必要な部品数も増え、部品の成形加工にも実質的な制限が加わる。図１２Ａないし１２Ｄは、本発明の他の実施例による入力装置の概略を示す図である。これらの実施例は、図４と同じように、本発明に従う入力装置の様々な構成を示すものである。各実施例において、点線は、トランスミッタ（光源）から導波管、入力領域を通って、導波管に入る光路を示す。さらに、図示されてはいないが、図４に示した例と同様に、これらの実施例もレンズを備えるようにしてもよい。図１２Ａは、四つの部分からなる導波管構造体を有する２トランスミッタ（Ｔ１，Ｔ２）２レシーバ（Ｒ１，Ｒ２）型の構成例を示す概略図である。図１２Ｂは、二つの部分からなる導波管構造体を有する１トランスミッタ（Ｔ１）１レシーバ（Ｒ１）型の構成例を示す概略図である。図１２Ｃは、単一の部分からなる導波管構造体を有する１トランスミッタ（Ｔ１）１レシーバ（Ｒ１）型の構成例を示す概略図である。単一の部分しか持たない場合には、成形加工のコストは高くなるが、対向する光学導波管部を一列に並べる必要がなくなる。図１２Ｄは、単一の部分からなる導波管構造体を有する１トランスミッタ（Ｔ１）４レシーバ（Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４）型の構成例を示す概略図である。図１２Ｄに示す実施例は、大きな入力領域をカバーできる。レシーバが光検出に利用可能な導波管や画素数には制限があるため、大きな周長の入力装置の場合には追加のレシーバを用いる。
本発明の多くの特徴や利点が、以上の説明から明らかになったが、以下のクレームは、本発明のこのような特徴や利点を全て網羅するものである。更に、当業者は容易に様々な変形や変更を加えることが可能であり、図示および説明した構成や操作に本発明が制限されるものではない。すなわち、本発明の範囲内で、様々な変形・変更が可能である。
【図１】
0004122065.tif 000002
【図２】
0004122065.tif 000003
【図３】
0004122065.tif 000004
【図４】
0004122065.tif 000005
【図５】
0004122065.tif 000006
【図６Ａ】
0004122065.tif 000007
【図６Ｂ】
0004122065.tif 000008
【図６Ｄ】
0004122065.tif 000009
【図６Ｃ】
0004122065.tif 000010
【図６Ｅ】
0004122065.tif 000011
【図６Ｆ】
0004122065.tif 000012
【図７Ａ】
0004122065.tif 000013
【図７Ｂ】
0004122065.tif 000014
【図７Ｃ】
0004122065.tif 000015
【図８】
0004122065.tif 000016
【図９】
0004122065.tif 000017
【図１０Ａ】
0004122065.tif 000018
【図１０Ｂ】
0004122065.tif 000019
【図１０Ｃ】
0004122065.tif 000020
【図１１Ａ】
0004122065.tif 000021
【図１１Ｂ】
0004122065.tif 000022
【図１２Ａ】
0004122065.tif 000023
【図１２Ｂ】
0004122065.tif 000024
【図１２Ｃ】
0004122065.tif 000025
【図１２Ｄ】
0004122065.tif 000026