(57)【要約】  光タッチセンサにおけるダイオードに対向する配置のためのレンズを提供し、レンズは、ダイオードにより近く位置する上側屈折面とダイオードからより遠くに位置する上側反射体とを含む上側部分であって、上側反射体が、２次元方向に湾曲し、かつレンズの上部水平面によって水平に切断される上記上側部分と、ダイオードにより近く位置する下側屈折面とダイオードからより遠くに位置する下側反射体とを含むダイオードと同一平面上にある下側部分であって、下側反射体が、２次元方向に湾曲し、かつレンズの底部水平面によって水平に切断される上記下側部分とを含み、上側及び下側反射体は、対称であり、かつ垂直方向に整列し、下側反射体によって上側反射体上に反射される非平行化光は、下側反射体によって２次元で部分的に平行化され、かつ上側反射体によって２次元で更に平行化される。【選択図】      図６
2016528584.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光タッチセンサにおけるダイオードに対向する配置のためのレンズであって、
前記ダイオードにより近く位置する上側屈折面、及び
前記ダイオードからより遠くに位置する上側反射体であって、２次元で湾曲し、かつレンズの上部水平面によって水平に切断された前記上側反射体、
を含む上側部分と、
前記ダイオードにより近く位置する下側屈折面、及び
前記ダイオードからより遠くに位置する下側反射体であって、２次元で湾曲し、かつレンズの底部水平面によって水平に切断された前記下側反射体、
を含み、前記ダイオードと同一平面上にある下側部分と、
を含み、
前記上側及び前記下側反射体は、対称であり、かつ垂直方向に整列し、
前記下側反射体によって前記上側反射体上に反射される非平行化光が、該下側反射体によって２次元で部分的に平行化され、かつ該上側反射体によって２次元で更に平行化される、
ことを特徴とするレンズ。
【請求項２】
前記上部及び底部水平面間のレンズの高さが、レンズの後方垂直背面によって交差された湾曲反射体が前記非平行化光を部分的に平行化し、かつ更に平行化するのに必要とされる高さよりも低いことを特徴とする請求項１に記載のレンズ。
【請求項３】
前記上側及び下側屈折面は、湾曲していないことを特徴とする請求項１に記載のレンズ。
【請求項４】
前記下側屈折面は、単一湾曲面であり、前記上側屈折面は、湾曲していないことを特徴とする請求項１に記載のレンズ。
【請求項５】
スクリーン上の複数のタッチ位置を計算する方法であって、
スクリーンの周囲の周りの複数の発光素子及び検出素子を始動する段階であって、各発光素子−検出素子対が、複数の関連の光ビームの中から該スクリーンを横切る光ビームに対応し、該光ビームの一部が、該スクリーンにタッチする１つ又はそれよりも多くの物体によって遮断される前記始動する段階と、
前記複数の光ビームからの各光ビームに対して、該光ビームと交差する該複数の光ビームからの他の光ビームとそれらのそれぞれの交点とを列挙するルックアップテーブルを与える段階と、
（ａ）第１の遮断光ビームを識別する段階と、
（ｂ）前記ルックアップテーブルにアクセスして前記第１の遮断ビームと交差する第２の遮断光ビームを識別する段階と、
（ｃ）前記ルックアップテーブルにアクセスして前記そのように識別された第１及び第２の遮断ビームの前記交点に隣接する他の遮断光ビームの交点を識別する段階と、
（ｄ）遮断ビームの全ての隣接する交点が識別されるまで作動（ｂ）及び（ｃ）を繰り返し、該そのように識別された隣接交点を単一タッチ点としてグループ分けする段階と、
（ｅ）作動（ｄ）でまだグループ分けされなかった残りの遮断光ビームに対して作動（ａ）−（ｄ）を繰り返す段階と、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項６】
スクリーン上の複数のタッチ位置を計算する方法であって、
スクリーンの周囲の周りの複数の発光素子及び検出素子を始動する段階であって、各発光素子−検出素子対が、複数の関連の光ビームの中から該スクリーンを横切る光ビームに対応し、該光ビームの一部が、該スクリーンにタッチする１つ又はそれよりも多くの物体によって遮断される前記始動する段階と、
前記スクリーンを初期タッチ候補領域として識別する段階と、
各候補領域に対して、
（ａ）その候補領域を横切る非遮断光ビームを識別する段階、
（ｂ）その候補領域を前記そのように識別された非遮断光ビームによって分離された複数の候補領域に分割する段階、及び
（ｃ）全ての非遮断ビームに対して作動（ａ）及び（ｂ）を繰り返す段階と、
最小サイズよりも大きいサイズを有する前記候補領域を固有タッチ位置であるとして指定する段階と、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項７】
タッチ物体が、最小幅ｄを有すると仮定され、
各非遮断ビームの経路に沿う幅ｄのストリップが、作動（ｂ）で前記タッチ候補区域から取り除かれる、
ことを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項８】
スクリーン上のタッチ位置を計算する方法であって、
スクリーンの周囲の周りに複数の発光素子及び検出素子を設ける段階であって、各発光素子−検出素子対が、複数の幅広光ビームの中から該スクリーンを横切る幅広光ビームに対応する前記設ける段階と、
各発光素子を対向する光検出素子と対にするスクリーン走査を始動する段階と、
（ａ）前記スクリーンにタッチする物体によって遮断されている前記複数の幅広光ビームからの幅広光ビームを識別する段階と、
（ｂ）作動（ａ）で識別された前記遮断幅広ビームのうちの実質的に垂直に向けられたビーム間の交差の区域を識別する段階と、
（ｃ）作動（ｂ）で識別された前記交差の区域を横切る追加の遮断幅広ビームを識別する段階と、
（ｄ）作動（ｃ）で識別された各追加遮断幅広光ビームに対して遮断の程度を決定する段階と、
（ｅ）作動（ｃ）で識別された各追加遮断幅広光ビームの作動（ａ）で識別された前記遮断幅広光ビームとの交差によって形成された２次元形状を識別する段階と、
（ｆ）前記そのように識別された２次元形状の重心の加重平均を計算する段階であって、該加重和における各重心の重みが、作動（ｃ）で決定されたそのそれぞれの遮断の程度に対応する前記計算する段階と、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項９】
作動（ａ）で識別された各遮断幅広光ビームに対して遮断の程度を更に決定する段階を更に含み、
前記加重和における各重心の重みが、そのそれぞれの更に決定された遮断の程度にも対応する、
ことを特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
ハウジングと、
タッチ入力を受け入れるために露出された円形部分を含んで前記ハウジングに装着された表面と、
前記円形部分の半分に対応する半円形輪郭に沿って前記ハウジングに装着された複数の光検出素子であって、隣接する検出素子間の角度ピッチが一定である前記複数の光検出素子と、
前記円形部分の反対部分に対応する反対側の半円形輪郭に沿って前記ハウジングに装着され、各群内の隣接する発光素子間の角度ピッチがθであるように、かつ異なる群内の最近接の発光素子間の角度ピッチがαを正としてθ＋αであるように群で配置された複数の発光素子と、
発光素子−検出素子対を同期して同時に始動するために前記発光素子にかつ前記検出素子に接続され、かつ該検出素子の出力に基づいて前記円形部分にタッチする物体の２次元位置を計算するように構成されたプロセッサと、
を含むことを特徴とする円形タッチセンサ。
【請求項１１】
α＝θ／２であることを特徴とする請求項１０に記載の円形タッチセンサ。
【請求項１２】
前記円形部分を横切って前記発光素子から前記検出素子に光を向けるための該円形部分を取り囲むレンズを更に含むことを特徴とする請求項１０に記載の円形タッチセンサ。
【請求項１３】
ハウジングと、
タッチ入力を受け入れるために露出された円形部分を含んで前記ハウジングに装着された表面と、
前記円形部分の半分に対応する半円形輪郭に沿って前記ハウジングに装着された複数の発光素子であって、隣接する発光素子間の角度ピッチが一定である前記複数の発光素子と、
前記円形部分の反対側の半分に対応する反対側の半円形輪郭に沿って前記ハウジングに装着され、各群内の隣接する検出素子間の角度ピッチがθであるように、かつ異なる群における最近接の検出素子間の角度ピッチがαを正としてθ＋αであるように群で配置された複数の光検出素子と、
発光素子−検出素子対を同期して同時に始動するために前記発光素子にかつ前記検出素子に接続され、かつ該検出素子の出力に基づいて前記円形部分にタッチする物体の２次元位置を計算するように構成されたプロセッサと、
を含むことを特徴とする円形タッチセンサ。
【請求項１４】
α＝θ／２であることを特徴とする請求項１３に記載の円形タッチセンサ。
【請求項１５】
前記円形部分を横切って前記発光素子から前記検出素子に光を向けるための該円形部分を取り囲むレンズを更に含むことを特徴とする請求項１３に記載の円形タッチセンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
〔関連出願への相互参照〕
本出願は、以下のものからの優先権利益を主張するものである。
・「ゴーストポイントのないマルチタッチ光タッチスクリーン（ＭＵＬＴＩ−ＴＯＵＣＨ  ＯＰＴＩＣＡＬ  ＴＯＵＣＨ  ＳＣＲＥＥＮＳ  ＷＩＴＨＯＵＴ  ＧＨＯＳＴ  ＰＯＩＮＴＳ）」という名称の２０１３年６月４日出願の発明者Ｅｒｉｋ  Ｒｏｓｅｎｇｒｅｎ、Ｒｏｂｅｒｔ  Ｒｅｔｔｅｒｓｓｏｎ，Ｌａｒｓ  Ｓｐａｒｆ、及びＴｈｏｍａｓ  Ｅｒｉｋｓｓｏｎによる米国特許仮出願第６１／８３０６７１号、
・「円形マルチタッチ光タッチスクリーン（ＣＩＲＣＵＬＡＲ  ＭＵＬＴＩ−ＴＯＵＣＨ  ＯＰＴＩＣＡＬ  ＴＯＵＣＨ  ＳＣＲＥＥＮＳ）」という名称の２０１３年６月１０日出願の発明者Ｒｉｃｈｒａｄ  Ｂｅｒｇｌｉｎｄ、Ｅｒｉｋ  Ｒｏｓｅｎｇｒｅｎ、Ｒｏｂｅｒｔ  Ｒｅｔｔｅｒｓｓｏｎ，Ｌａｒｓ  Ｓｐａｒｆ、Ｔｈｏｍａｓ  Ｅｒｉｋｓｓｏｎ、Ｇｕｎｎａｒ  Ｍａｒｔｉｎ  Ｆｒｏｊｄｈ、及びＸｉａｔａｏ  Ｗａｎｇによる米国特許仮出願第６１／８３３１６１号、
・「タッチ感応フレームを備える光タッチスクリーン（ＯＰＴＩＣＡＬ  ＴＯＵＣＨ  ＳＣＲＥＥＮＳ  ＷＩＴＨ  ＴＯＵＣＨ−ＳＥＮＳＩＴＩＶＥ  ＢＯＲＤＥＲＳ）」という名称の２０１３年１２月２２日出願の発明者Ｒｅｍ  Ｂｅｈｄａｓｈｔ、Ｅｒｉｃ  Ｒｏｓｅｎｇｒｅｎ、Ｒｏｂｅｒｔ  Ｒｅｔｔｅｒｓｓｏｎ，Ｌａｒｓ  Ｓｐａｒｆ、及びＴｈｏｍａｓ  Ｅｒｉｋｓｓｏｎによる米国特許仮出願第６１／９１９７５９号、
・「円形マルチタッチ光タッチスクリーン（ＣＩＲＣＵＬＡＲ  ＭＵＬＴＩ−ＴＯＵＣＨ  ＯＰＴＩＣＡＬ  ＴＯＵＣＨ  ＳＣＲＥＥＮＳ）」という名称の２０１３年１２月４日出願の発明者Ｒｉｃｈｒａｄ  Ｂｅｒｇｌｉｎｄ、Ｅｒｉｋ  Ｒｏｓｅｎｇｒｅｎ、Ｒｏｂｅｒｔ  Ｒｅｔｔｅｒｓｓｏｎ，Ｌａｒｓ  Ｓｐａｒｆ、Ｔｈｏｍａｓ  Ｅｒｉｋｓｓｏｎ、Ｇｕｎｎａｒ  Ｍａｒｔｉｎ  Ｆｒｏｊｄｈ、及びＸｉａｔａｏ  Ｗａｎｇによる米国特許仮出願第６１／９１１９１５号、
・「ゴーストポイントのないマルチタッチ光タッチスクリーン（ＭＵＬＴＩ−ＴＯＵＣＨ  ＯＰＴＩＣＡＬ  ＴＯＵＣＨ  ＳＣＲＥＥＮＳ  ＷＩＴＨＯＵＴ  ＧＨＯＳＴ）」という名称の２０１４年１月６日出願の発明者Ｐｅｒ  Ｒｏｓｅｎｇｒｅｎ、Ｓｔｅｆａｎ  Ｈｏｌｍｇｒｅｎ，Ｅｒｉｃ  Ｒｏｓｅｎｇｒｅｎ、Ｒｏｂｅｒｔ  Ｐｅｔｔｅｒｓｓｏｎ、Ｌａｒｓ  Ｓｐａｒｆ、及びＴｈｏｍａｓ  Ｅｒｉｋｓｓｏｎによる米国特許仮出願第６１／９２３７７５号、及び
・「光タッチスクリーン（ＯＰＴＩＣＡＬ  ＴＯＵＣＨ  ＳＣＲＥＥＮＳ）」という名称の２０１４年３月１１日出願の発明者Ｋａｒｌ  Ｅｒｉｃ  Ｐａｔｒｉｃ  Ｎｏｒｄｓｔｒｏｍ、Ｐｅｒ  Ｒｏｓｅｎｇｒｅｎ、Ｓｔｅｆａｎ  Ｈｏｌｍｇｒｅｎ，Ｅｒｉｃ  Ｒｏｓｅｎｇｒｅｎ、Ｒｏｂｅｒｔ  Ｐｅｔｔｅｒｓｓｏｎ、Ｌａｒｓ  Ｓｐａｒｆ、及びＴｈｏｍａｓ  Ｅｒｉｋｓｓｏｎによる米国特許仮出願第６１／９５０８６８号。
【０００２】
これらの出願の内容は、これにより参照によってそれらの全体が組み込まれる。
【０００３】
本発明の分野は、光ベースのタッチスクリーンである。
【背景技術】
【０００４】
指又はスタイラスタッチユーザ入力の用途に対して現在多くの消費者電子デバイスがタッチ感応表面を備えて作られている。これらのデバイスは、携帯電話及び自動車娯楽システムのような小さいスクリーンデバイスからノート型コンピュータのような中型スクリーンデバイス、更に空港のチェックインステーションのような大型スクリーンデバイスまでの範囲に及んでいる。
【０００５】
コンピュータ処理では、マルチタッチとは、表面と接触する２つ又はそれよりも多くの点の存在を認識するタッチ感応表面の機能を指す。この複数点認識は、ピンチツーズーム又は予め定義されたプログラム（ウィキペディア、「マルチ−タッチ」）の起動のような高度な機能を実施するために多くの場合に利用される。マイクロソフト・コーポレーションからのＷｉｎｄｏｗｓ８オペレーティングシステムは、最低５点のデジタイザをサポートするタッチスクリーンを必要とする。ＷＩＮＤＯＷＳ（登録商標）は、マイクロソフト・コーポレーションの登録商標である。
【０００６】
本発明は、光ベースのタッチ感応表面に関する。光ベースのタッチ感応表面は、発光素子及び光検出素子を備える表面フレームを取り囲み、その表面の上に光ビームの格子を作り出す。表面をタッチする物体は、ビームの対応する部分を遮る。
【０００７】
図１を参照すると、これは従来技術の図解であり、光ベースのタッチスクリーンは１６個のＬＥＤと１６個のＰＤとを備えている。図１のスクリーン８０１は、２つの縁に沿って発光素子１０１により、そして残る２つの縁に沿ってフォトダイオード（ＰＤ）受光素子によって囲まれており、これらは共にスクリーンを覆う光ビームの格子３００を使用可能にする。
【０００８】
光ベースのタッチ検出システムは、表面に接触する２つ又はそれよりも多くの点に関する多くのインスタンスを正確に認識することはできない。図２及び３を参照すると、これらは従来技術のタッチスクリーンでの曖昧なマルチタッチ検出のインスタンスを説明する図である。図２及び３は、図１の光の格子に対して曖昧である２つの斜めに対向したタッチ９０１及び９０２の異なるインスタンスを示している。図２及び３に示すように、両方のインスタンスで同じ光ビームが遮られている。
【０００９】
３つ以上の物体が同時にスクリーンにタッチする場合に、それ以上の曖昧さが存在する。図４及び５を参照すると、これらは従来技術のタッチスクリーンでのゴーストタッチのインスタンスを説明する図である。図２及び３に示す２つのタッチの場合も、図４に示す３つのタッチの場合９０１−９０３と比較して、かつ図５に示す４つのタッチの場合９０１−９０４と比較して曖昧である。図２−５に説明する各場合に、行及び列のＰＤａ−ｈは、同じ位置での光の不在を示している。図４及び５に説明する曖昧さは「ゴースト」によって引き起こされており、「ゴースト」とは第１物体の影が第２物体を覆い隠して第２物体が検出されないようにする効果を指す。
【００１０】
光ベースのタッチスクリーンは、容量方式及び抵抗方式のような他のタッチセンサ技術に優る多くの利点を有する。特に、光ベースのタッチスクリーンは、取りわけ大型スクリーンの場合に容量方式よりも低い部品コストを可能にする。光ベースのタッチスクリーンはまた、スクリーン画像を阻害するスクリーンの上の追加の物理層を必要としないという点で容量方式及び抵抗方式よりも優れている。これは、スクリーン画像の明るさがバックライトよりもむしろ反射光に依存する反射型スクリーンを用いるデバイスに対して重要な利点である。光ベースのタッチスクリーンに対する走査速度が従来技術の容量方式スクリーンを用いて得られるものよりも速いということを教示する本明細書に参照によりその全体を組み込む「光ベースのタッチスクリーンのためのＡＳＩＣコントローラ（ＡＳＩＣ  ＣＯＮＴＲＯＬＬＥＲ  ＦＯＲ  Ａ  ＬＩＧＨＴ−ＢＡＳＥＤ  ＴＯＵＣＨ  ＳＣＲＥＥＮ）」に関する米国特許第８，６７４，９６６号明細書を参照されたい。マルチタッチ動作を検出するように作動し、かつＷｉｎｄｏｗｓ８オペレーティングシステムの要件に準拠する光ベースのタッチスクリーンを提供することは有利であると考えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】米国特許第８，６７４，９６６号明細書
【特許文献２】米国特許出願公開２０１１／０１６３９９８  Ａ１号明細書
【特許文献３】米国特許第８，５５３，０１４号明細書
【特許文献４】米国特許出願番号第１４／０１６，０７６号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
従来技術の光ベースのタッチスクリーンの１つの欠点は、スクリーンの全４つの縁に沿って多数の発光素子と光検出素子を収容する必要があるということである。この要件は、デバイスの内部構成要素のレイアウトを有意に変えることなく既存の電子デバイスに光ベースのタッチ検出を導入することを困難にしている。必要とされる構成要素の数を低減し、かつそれらをスクリーン全体を取り囲むのではなく限定された区域に配置することを可能にすることは有利であると考えられる。必要とされる発光素子及び光検出素子の総数を低減することは、部品コスト（ＢＯＭ）を低減するという追加の利益を有する。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の実施形態は、遮られた光ビームに基づく曖昧ではないマルチタッチ検出を提供する。本発明の他の実施形態は、スクリーンのただ１つの縁に沿った発光素子の１次元アレイとスクリーンの反対側の縁に沿った光検出素子の反対側のアレイとを用いた２Ｄタッチ検出を提供する。
【００１４】
すなわち、本発明の実施形態に従って発光素子と光検出素子の矩形配置を提供し、そこでは、発光素子は、矩形配置の２つの隣接する縁に沿って配置され、光検出素子は、残る２つの縁に沿って配置される。各発光素子からの光は、複数の光検出素子によって検出される。発光素子から光検出素子への各ビームは、複数のスクリーンピクセルを横切る。コンピュータメモリに格納された表は、各ビームに対して、ビーム経路にある全ピクセルを列挙している。各遮られたビームに対して、ビーム経路内の全ピクセルは遮断としてマーク付けされ、遮られていない各ビームに対しては、ビーム経路内の全ピクセルは非遮断としてマーク付けされる。こうして３つのタイプのピクセル、すなわち、完全に遮断、完全に非遮断、及び部分的に遮断を備えたマップが生成される。部分的に遮断されたピクセルをいくつかのビームが横切り、そのうちの一部のみが遮断される。完全に遮断されたピクセルをいくつかのビームが横切り、その全てが遮断される。完全に遮断されたピクセルはタッチ位置に対応する。その後に、システムは隣接する遮断されたピクセルを連結して、隣接する遮断されたピクセルのブロブを生成する。各ブロブ又は隣接する遮断されたピクセルの組は、単一タッチ位置として取り扱われる。
【００１５】
本発明の実施形態によれば、スクリーンの底縁に沿う発光素子の行とスクリーンの上縁に沿う光検出素子の行とを特徴とするタッチスクリーンがこれに加えて提供される。各発光素子は、全ての光検出素子により検出される非常に幅広いビームを投射する。スクリーンにタッチする物体のｘ座標は、スクリーンの側縁に平行に延びる遮断されたビームに対応する。そのｙ座標は、斜め方向の遮断されたビーム間の交点を識別することにより決定される。
【００１６】
更に、本発明の実施形態によれば、光タッチセンサ内でダイオードに対向して配置するためのレンズが提供され、レンズは、ダイオードにより近く位置する上側屈折面と、ダイオードからより遠くに位置し、２次元方向に湾曲してレンズの上部水平面により水平に切断されている上側反射体とを含む上側部分と、ダイオードにより近く位置する下側屈折面と、ダイオードからより遠くに位置し、２次元方向に湾曲してレンズの底部水平面により水平に切断されている下側反射体とを含み、ダイオードと同一平面上にある下側部分とを含み、上側反射体と下側反射体は、対称で垂直方向に整列しており、下側反射体から上側反射体上へ反射される非平行化光は、下側反射体により２次元方向に部分的に平行化され、かつ上側反射体により２次元方向に更に平行化される。
【００１７】
ダイオードのレンズ視野角が大きい場合に、上部及び底部水平面間のレンズ高さは、レンズの後方垂直背面により垂直に切断された湾曲した反射体が非平行化光を部分的に平行化して更に平行化するのに必要とされる高さよりも小さい。
【００１８】
更に、本発明の実施形態によれば、スクリーン上の複数のタッチ位置を計算する方法が提供され、本方法は、スクリーンの周囲にある複数の発光素子及び光検出素子を始動する段階であって、各発光素子−検出素子対が、複数の光ビームの中からのスクリーンを横切る光ビームに対応しており、光ビームの一部が、スクリーンにタッチする１つ又はそれよりも多くの物体によって遮断される上記始動する段階と、複数の光ビームからの各光ビームに対して、複数の光ビームからのその光ビームと交差する他の光ビームとそれらのそれぞれの交点とを列挙するルックアップテーブルを与える段階と、（ａ）第１の遮断光ビームを識別する段階と、（ｂ）ルックアップテーブルにアクセスして第１の遮断ビームと交差する第２の遮断光ビームを識別する段階と、（ｃ）ルックアップテーブルにアクセスしてこのようにして識別された第１及び第２の遮断ビームの交点に隣接する他の遮断光ビームの交点を識別する段階と、（ｄ）遮断ビームの全ての隣接する交点が識別されるまで（ｂ）及び（ｃ）の作動を繰り返し、このように識別された隣接交点を単一タッチ点としてグループ分けする段階と、（ｅ）作動（ｄ）でまだグループ分けされていない残りの遮断光ビームに対して作動（ａ）−（ｄ）を繰り返す段階とを含む。
【００１９】
更に、本発明の実施形態によれば、スクリーン上の複数のタッチ位置を計算する方法が提供され、本方法は、スクリーンの周囲にある複数の発光素子及び光検出素子を始動する段階であって、各発光素子−検出素子対が、複数の光ビームの中からのスクリーンを横切る光ビームに対応しており、光ビームの一部が、スクリーンにタッチする１つ又はそれよりも多くの物体によって遮断される上記始動する段階と、そのスクリーンを初期タッチ候補領域として識別する段階と、各候補領域に対して、（ａ）その候補領域を横切る非遮断光ビームを識別する段階、（ｂ）その候補領域をこのようにして識別された非遮断光ビームにより分離される複数の候補領域に分割する段階、及び（ｃ）全ての非遮断ビームに対して作動（ａ）及び（ｂ）を繰り返す段階と、最小サイズよりも大きい候補領域を固有のタッチ位置であるとして指定する段階とを含む。
【００２０】
更に、本発明の実施形態によれば、スクリーン上のタッチ位置を計算する方法が提供され、本方法は、スクリーンの周囲に複数の発光素子及び光検出素子を設ける段階であって、各発光素子−検出素子対が、複数の幅広光ビームの中からのスクリーンを横切る幅広光ビームに対応している上記設ける段階と、各発光素子を対向する光検出素子と対にするスクリーン走査を始動する段階と、（ａ）複数の幅広光ビームの中からスクリーンにタッチする物体によって遮断されている幅広光ビームを識別する段階と、（ｂ）作動（ａ）で識別された遮断幅広ビームのうちの実質的に垂直方向に向けられたビーム間の交差する区域を識別する段階と、（ｃ）作動（ｂ）で識別された交差区域を横切る追加の遮断幅広ビームを識別する段階と、（ｄ）作動（ｃ）で識別された各追加の遮断幅広ビームに対して遮断の程度を決定する段階と、（ｅ）作動（ｃ）で識別された各追加の遮断幅広ビームの作動（ａ）で識別された遮断幅広光ビームとの交差によって形成される２次元形状を識別する段階と、（ｆ）このようにして識別された２次元形状の重心の加重平均を計算する段階であって、加重和における各重心の重みが、作動（ｃ）で決定されたそのそれぞれの遮断度に対応している上記計算する段階とを含む。
【００２１】
更に、本発明の実施形態によれば、円形タッチセンサが提供され、タッチセンサは、ハウジングと、タッチ入力を受け入れるために露出された円形部分を含んでハウジングに装着された表面と、円形部分の半分に対応する半円形輪郭に沿ってハウジングに装着された複数の光検出素子であって、隣接する光検出素子間の角度ピッチが一定である上記複数の光検出素子と、円形部分の反対部分に対応する反対半円形輪郭に沿ってハウジングに装着され、各群内の隣接する発光素子間の角度ピッチがθであるように、かつ異なる群内の最近接の発光素子間の角度ピッチがαを正としてθ＋αであるように群で配置された複数の発光素子と、発光素子−検出素子対を同期して同時に始動するために発光素子にかつ検出素子に接続され、かつ検出素子の出力に基づいて円形部分にタッチする物体の２次元位置を計算するように構成されたプロセッサとを含む。
【００２２】
更に、本発明の実施形態によれば、円形タッチセンサが提供され、タッチセンサは、ハウジングと、タッチ入力を受け入れるために露出された円形部分を含んでハウジングに装着された表面と、円形部分の半分に対応する半円形輪郭に沿ってハウジングに装着された複数の発光素子であって、隣接する発光素子間の角度ピッチが一定である上記複数の発光素子と、円形部分の反対側半分に対応する反対半円形輪郭に沿ってハウジングに装着され、各群内の隣接する光検出素子間の角度ピッチがθであるように、かつ異なる群内の最近接の検出素子間の角度ピッチがαを正としてθ＋αであるように群で配置された複数の光検出素子と、発光素子−検出素子対を同期して同時に始動するために発光素子にかつ検出素子に接続され、かつ検出素子の出力に基づいて円形部分にタッチする物体の２次元位置を計算するように構成されたプロセッサとを含む。
【００２３】
本発明は、以下の図と合わせて以下の詳細説明からより十分に理解され真価を認められるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】１６個のＬＥＤと１６個のＰＤを備えた従来技術の光ベースのタッチスクリーンの図である。
【図２】従来技術のタッチスクリーンでの曖昧なマルチタッチ検出のインスタンスの説明図である。
【図３】従来技術のタッチスクリーンでの曖昧なマルチタッチ検出のインスタンスの説明図である。
【図４】従来技術のタッチスクリーンでのゴーストタッチのインスタンスの説明図である。
【図５】従来技術のタッチスクリーンでのゴーストタッチのインスタンスの説明図である。
【図６】本発明の実施形態によるタッチスクリーンシステムでの交差する光ビームのネットワークの説明図である。
【図７】本発明の実施形態によるタッチスクリーンシステムにおいて５個のタッチ点を検出する交差する光ビームのネットワークの説明図である。
【図８】本発明の実施形態によるタッチ位置を識別する第１の方法を説明する流れ図である。
【図９】本発明の実施形態によるタッチ位置を識別する第２の方法を説明する流れ図である。
【図１０】本発明の実施形態による図９の方法に使用される隣接する交点の説明図である。
【図１１】本発明の実施形態によるタッチ物体を位置付けるために使用される連結された遮断ビームのネットワークの説明図である。
【図１２】本発明の実施形態によるタッチスクリーンにより識別された５個の識別されたタッチ物体の説明図である。
【図１３】本発明の実施形態による遮断されない細い光ビームに基づいて大きい候補タッチ区域の各部分を除外するタッチ位置を決定する代替方法の説明図である。
【図１４】本発明の実施形態による遮断されない細い光ビームに基づいて大きい候補タッチ区域の各部分を除外するタッチ位置を決定する代替方法の説明図である。
【図１５】本発明の実施形態による遮断されない細い光ビームに基づいて大きい候補タッチ区域の各部分を除外するタッチ位置を決定する代替方法の説明図である。
【図１６】本発明の実施形態による遮断されない細い光ビームに基づいて大きい候補タッチ区域の各部分を除外するタッチ位置を決定する代替方法の説明図である。
【図１７】本発明の実施形態による遮断されない細い光ビームに基づいて大きい候補タッチ区域の各部分を除外するタッチ位置を決定する代替方法の説明図である。
【図１８】本発明の実施形態による遮断されない細い光ビームに基づいて大きい候補タッチ区域の各部分を除外するタッチ位置を決定する代替方法の説明図である。
【図１９】本発明の実施形態によるタッチ物体のためにビームが通過しない区域を示す５個の円の説明図である。
【図２０】本発明の実施形態による分離したタッチ候補領域の数を遮断されたビーム数の関数として示したグラフである。
【図２１】本発明の実施形態による遮断物体位置の影響を例示する部分的に遮断された幅広ビームの簡略図である。
【図２２】本発明の実施形態による遮断物体位置の影響を例示する部分的に遮断された幅広ビームの簡略説明図である。
【図２３】本発明の実施形態による幅広光ビームの幅にわたる等照度曲線の簡略例示図である。
【図２４】本発明の実施形態による遮断されない及び部分的に遮断される幅広光ビームに基づいて大きい候補タッチ区域の各部分を除外するタッチ位置の決定方法の簡略説明図である。
【図２５】本発明の実施形態による遮断されない及び部分的に遮断される幅広光ビームに基づいて大きい候補タッチ区域の各部分を除外するタッチ位置の決定方法の簡略説明図である。
【図２６】本発明の実施形態による遮断されない及び部分的に遮断される幅広光ビームに基づいて大きい候補タッチ区域の各部分を除外するタッチ位置の決定方法の簡略説明図である。
【図２７】本発明の実施形態による遮断されない及び部分的に遮断される幅広光ビームに基づいて大きい候補タッチ区域の各部分を除外するタッチ位置の決定方法の簡略説明図である。
【図２８】本発明の実施形態による遮断されない及び部分的に遮断される幅広光ビームに基づいて大きい候補タッチ区域の各部分を除外するタッチ位置の決定方法の簡略説明図である。
【図２９】本発明の実施形態による遮断されない及び部分的に遮断される幅広光ビームに基づいて大きい候補タッチ区域の各部分を除外するタッチ位置の決定方法の簡略説明図である。
【図３０】本発明の実施形態による遮断されない及び部分的に遮断される幅広光ビームに基づいて大きい候補タッチ区域の各部分を除外するタッチ位置の決定方法の簡略説明図である。
【図３１】本発明の実施形態による２つの隣接するスクリーン縁間に延びる部分的に遮断された幅広ビームの簡略説明図である。
【図３２】幅広光ビームを利用した本発明の別の方法による検出されている物体の簡略図である。
【図３３】幅広光ビームを利用した本発明の別の方法による検出されている物体の簡略図である。
【図３４】幅広光ビームを利用した本発明の別の方法による検出されている物体の簡略図である。
【図３５】本発明の実施形態によるゴーストタッチを取り除く方法に関する流れ図である。
【図３６】本発明の実施形態による多くの角度にわたってビームを分配するレンズの簡略図である。
【図３７】本発明の実施形態による全てを単一ダイオードにフォーカスさせた４個の異なる視野の簡略図である。
【図３８】本発明の実施形態による上方から見た時の図３７の４個の視野の簡略説明図である。
【図３９】本発明の実施形態による１つの発光素子から２つの各ＰＤへの２つのビームの簡略説明図である。
【図４０】本発明の実施形態による１つの発光素子から２つの各ＰＤへの２つのビームの簡略説明図である。
【図４１】本発明の実施形態によるデバイス内の構成要素、導光体、ＰＣＢ、及びスクリーンの配置の簡略説明図である。
【図４２】本発明の実施形態によるデバイス内の構成要素、導光体、ＰＣＢ、及びスクリーンの配置の簡略説明図である。
【図４３】本発明の実施形態によるデバイス内の構成要素、導光体、ＰＣＢ、及びスクリーンの配置の簡略説明図である。
【図４４】本発明の実施形態による導光体の簡略説明図である。
【図４５】本発明の実施形態による導光体の簡略説明図である。
【図４６】本発明の実施形態による図４４及び４５の光照射野における間隙の問題を微細構造が補正する方法の簡略説明図である。
【図４７】本発明の実施形態による導光体の簡略説明図である。
【図４８】本発明の実施形態による導光体の簡略説明図である。
【図４９】本発明の実施形態による導光体の簡略説明図である。
【図５０】本発明の実施形態による幅広光ビームの幅方向の光強度分布の簡略説明図である。
【図５１】本発明の実施形態による反射されない幅広光ビームの幅方向光強度分布を図４４及び４５の導光体を通過した幅広光ビームの幅方向光強度分布と比較する簡略説明図である。
【図５２】本発明の実施形態による導光体の簡略説明図である。
【図５３】本発明の実施形態による導光体の簡略説明図である。
【図５４】本発明の実施形態による導光体の簡略説明図である。
【図５５】導光体の従来技術の説明図である。
【図５６】本発明の実施形態による導光体の簡略説明図である。
【図５７】本発明の実施形態による導光体上で実行されるタッチ及びスイープ動作を検出するための導光体配置の簡略説明図である。
【図５８】本発明の実施形態による導光体上で実行されるタッチ及びスイープ動作を検出するための導光体配置の簡略説明図である。
【図５９】本発明の実施形態によるスクリーンの底縁に沿う発光素子のアレイとスクリーンの上縁に沿う受光素子のアレイとを備えるタッチスクリーンの簡略説明図である。
【図６０】本発明の実施形態による図５９のタッチスクリーンの簡略説明図である。
【図６１】本発明の実施形態による図５９及び６０のタッチスクリーンの分解組立図である。
【図６２】本発明の実施形態による第１の薄型ストリップＰＣＢ上に装着されたスクリーン底縁に沿う発光素子の行と第２の薄型ストリップＰＣＢ上に装着されたスクリーン上縁に沿う受光素子の行とを備えるタッチスクリーンの簡略説明図である。
【図６３】本発明の実施形態による図６２のタッチスクリーンの分解組立図である。
【図６４】本発明の実施形態による折り畳み可能なタッチスクリーンの簡略説明図である。
【図６５】本発明の実施形態による第２の折り畳み可能なタッチスクリーンの簡略説明図である。
【図６６】本発明の実施形態による１つの発光素子から全光検出素子へ到達する光ビームの簡略説明図である。
【図６７】本発明の実施形態によるスクリーン中央にタッチする物体により図６６のどのビームが遮断されるのかを示す簡略説明図である。
【図６８】本発明の実施形態による図６７の物体によって遮断されない他の発光素子からの追加のビームを示す簡略説明図である。
【図６９】本発明の実施形態による図６７の物体によって遮断されるビームの全てを示す簡略説明図である。
【図７０】本発明の代替実施形態による円形タッチ表面のためのＬＥＤ及びＰＤの代替レイアウトの説明図である。
【図７１】本発明の代替実施形態による円形タッチ表面のためのＬＥＤ及びＰＤの代替レイアウトの説明図である。
【図７２】本発明の代替実施形態による円形タッチ表面のためのＬＥＤ及びＰＤの代替レイアウトの説明図である。
【図７３】本発明の代替実施形態による円形タッチ表面のためのＬＥＤ及びＰＤの代替レイアウトの例示図である。
【図７４】本発明の実施形態による円形タッチ表面のための導光体の説明図である。
【図７５】本発明の実施形態による円形タッチ表面のためのＰＣＢのレイアウトの説明図である。
【図７６】本発明の実施形態による１つのＬＥＤにより放射されて円形タッチ表面を取り囲む複数のＰＤにより検出される光ビームの説明図である。
【図７７】本発明の実施形態による円形タッチ表面に使用される交差する光ビームのネットワークの説明図である。
【図７８】本発明の実施形態による円形タッチ表面センサの簡略説明図である。
【図７９】本発明の実施形態による円形タッチ表面を組み立てるために使用される構成要素の説明図である。
【図８０】本発明の実施形態による図７８の円形タッチ表面の分解組立図である。
【図８１】本発明の実施形態による図７８の円形タッチ表面の断面図である。
【図８２】本発明の実施形態による図７８の円形タッチ表面のための導光体の簡略説明図である。
【図８３】本発明の実施形態による円形タッチ表面に使用される光ビームの経路の説明図である。
【図８４】本発明の実施形態による円形タッチ表面に使用される光ビームの経路の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下の表には、付番された要素を分類し、各付番された要素が現れる図を載せる。同様に付番された要素は同じタイプの要素を表すが、それらは必ずしも同一の要素ではない。
【００２６】
（表）
2016528584.tif 000003
2016528584.tif 000004
【００２７】
（表）
2016528584.tif 000005
2016528584.tif 000006
【００２８】
（表）
2016528584.tif 000007
【００２９】
本発明の態様は、光ベースのタッチスクリーン及び光ベースのタッチ表面に関する。本明細書の全体を通して用語「タッチスクリーン」及び「タッチ感応表面」は、タッチ感応電子ディスプレイと、電子ディスプレイを含まないタッチ表面、特に多くのラップトップのコンピュータ及び手持ち式デバイスの背面カバーに含まれるようなマウスタッチパッドとを含む。それらはまた、本発明によって提供される矩形の発光素子−検出素子センサフレームによって囲まれた空間を含む。
【００３０】
本発明の実施形態によれば、光ベースのタッチセンサは、上述のように定義された矩形のタッチ感応表面の２つの隣接する縁に沿って配置された複数の赤外線又は近赤外線の発光ダイオード（ＬＥＤ）と、残る２つの隣接する縁に沿って配置された複数のフォトダイオード（ＰＤ）とを含む。ＬＥＤは、光をスクリーン面に平行に保つために高さ方向に平行化された光を投射するが、その光は幅広の扇状に広げられて多くの光検出素子に到達する。この光が、指又はスタイラスのような挿入された物体によって遮断される時に、予期される光の欠如がＰＤにより検出される。ＬＥＤ及びＰＤは、コントローラにより選択的な始動及び停止のために制御される。一般的に、各ＬＥＤ及びＰＤはＩ／Ｏコネクタを備えており、どのＬＥＤとどのＰＤが始動されるかを指定するために信号が送られる。一部の実施形態において、各ＬＥＤ−ＰＤ対が別々に始動される。他の実施形態において、１つのＬＥＤが始動されている間にいくつかのＰＤが同時に始動される。
【００３１】
図６を参照すると、これは本発明の実施形態によるタッチスクリーンシステムでの交差する光ビームのネットワークの説明図である。図６は、第１の複数ＬＥＤ１０２、つまりタッチスクリーンの上縁の沿うＬＥＤ０−ＬＥＤ１５と、第２の複数ＬＥＤ１０３、つまりタッチスクリーンの左縁の沿うＬＥＤ１６−ＬＥＤ２４と、第１の複数ＰＤ２０２、つまりタッチスクリーンの底縁の沿うＰＤ０−ＰＤ１５と、第２の複数ＰＤ２０３、つまりタッチスクリーンの右縁の沿うＰＤ１６−ＰＤ２４とを示している。図６はまた、可能な発光素子−検出素子ビームの全てを示している。
【００３２】
図７を参照すると、これは本発明の実施形態によるタッチスクリーンシステムで５個のタッチ点を検出する交差する光ビームのネットワークの説明図である。図７は、本発明の実施形態に従って５個のタッチを検出する図６のタッチスクリーンシステムを示している。タッチは黒一色の円として示されている。図７でスクリーンを横切る線は、遮断されない発光素子−検出素子ビームを示している。コントローラ７１０は、発光素子及び光検出素子の始動を制御するように示されている。
【００３３】
一部の実施形態において、各発光素子はそれぞれの平行化レンズを発光素子とは別に含み、各光検出素子はそれぞれの平行化レンズを光検出素子とは別に備えている。一部の実施形態において、これらの平行化レンズは、矩形のタッチスクリーンの境界に沿う中実プラスチックフレームを形成する。他の実施形態において、各発光素子からの光ビームの幅広い１８０度の広がり角を可能にするために、これらの平行化レンズは存在しない。
【００３４】
異なる発光素子−検出素子ビームは、それぞれの光検出素子で異なるレベルの検出強度を有する。例示的実施形態において、１６個のダイオードがスクリーン長さに沿って配置され、９個のダイオードがスクリーン幅に沿って配置される。以下の表Ｉ及びＩＩには、各発光素子からの非遮断ビームのスクリーン長さ（表Ｉ）に沿う各光検出素子ＰＤ０−ＰＤ１５で、及びスクリーン幅（表ＩＩ）に沿う各光検出素子ＰＤ１６−ＰＤ２４で検出される強度を載せる。空のセルは、対応する発光素子−検出素子ビームに対して、何の信号も検出されないことを示している。
【００３５】
（表Ｉ）
2016528584.tif 000008
表Ｉ：各発光素子からの非遮断ビームがスクリーン長さに沿う１５個の光検出素子の各々で検出される強度
【００３６】
（表ＩＩ）
2016528584.tif 000009
表ＩＩ：各発光素子からの非遮断ビームがスクリーン幅に沿う９個の光検出素子の各々で検出される強度
【００３７】
表Ｉ及びＩＩでの最大検出強度は２３６である。実験により、少なくとも１０の検出強度は、ノイズ信号より十分に大きく、従ってタッチ検出の用途に役立つということが判明した。一部の実施形態において、予期される強度の１／２の閾値がビームが遮断されたか否かを決定するのに使用される。従って、予期される強度が２３６の場合に、１１８未満の検出信号はビームを遮断されたものと表示するが、予期される強度が４９の場合に、２５未満の検出信号が、ビームを遮断されたものと表示する。
【００３８】
これに加えて、ある一定のビームは、スクリーン全体が遮断されてさえも検出され続けることが判明した。これらのビームはタッチスクリーンのコーナに位置し、それぞれの光検出素子に到達するためにスクリーンを横切る必要がない。表ＩＩＩには、矩形タッチスクリーン区域全体が中実不透明物体により覆われている場合に記録される検出値を載せる。
【００３９】
（表ＩＩＩ）
2016528584.tif 000010
表ＩＩＩ：遮断ビームの検出強度
【００４０】
表ＩＶには、少なくとも１０という遮断されない検出値を有する表ＩとＩＩからのビームを含め、かつ表ＩＩＩで検出されるビームを除外することにより、この例示的実施形態で役に立つビームを「ｘ」で列挙している。
【００４１】
（表ＩＶ）
2016528584.tif 000011
表ＩＶ：使用可能な検出ビーム
【００４２】
タッチ座標方法
本節では、追跡物体の位置を決定する作動を詳細に説明する。図８を参照すると、これは本発明の実施形態によるタッチ位置を識別する第１の方法を説明する流れ図である。図８は、タッチ位置を計算するための第１の方法を示している。段階６０１で、タッチ感応区域を２次元（２Ｄ）のピクセル又はセル格子に分解する。更に、表ＩＶに印を付けた各有効な検出ビームが通過するピクセル又はセルのリストを格納する表が生成される。一部の実施形態において、その表はピクセルエントリのリストとして格納され、各ピクセルエントリはピクセルを通過するビームのリストを格納している。他の実施形態において、その表は光ビームエントリのリストとして格納され、各光ビームエントリはそのビーム経路に沿うピクセルのリストを格納している。段階６０１はオフラインで実行される。一部の実施形態において、セルは位置によって異なるサイズである。例えば、スクリーン中央では、ビーム密度の低いスクリーン端部付近のセルと比較して、ビームの高密度に対応してセルは小さい。一部の実施形態において、セルは２次元格子に沿って整列していない。むしろ、各セルは、２つのビーム間の交点を囲んでいる。
【００４３】
段階６０２では、表ＩＶに説明された全使用可能なビームに対して走査を実行する。各ビームは、上述のように検出閾値に応じて遮断か又は非遮断として記録する。スクリーンショット６１２は、５個の同時タッチの場合における非遮断ビームを示している。
【００４４】
段階６０３では、段階６０１から得られる２Ｄセル格子の各ピクセルは、２進値（遮断＝１／非遮断＝０）を受け入れる。この２進値は、段階６０１で格納されたリストに従ってセルを通過するＬＥＤからＰＤの光ビームの段階６０２から得られる全２進値間の論理積である。従って、本方法では非遮断ビームは、セルを非タッチとして記録するのに使用される。格子セルを通過する単一非遮断ビームは、そのセルを非タッチとして記録するのに十分である。以下に説明する代替方法によれば、遮断ビームの交差は段階６０１から得られる格子を塗り潰すために使用される。スクリーンショット６１３は、非タッチ（白）及びタッチ（黒）としてマーク付けされたセルを示している。
【００４５】
段階６０４では、隣接する遮断格子セルを連結することにより、タッチ区域が形成され、値１（遮断）を有する段階６０３の各ピクセルに対して、４つのすぐ隣、すなわち、上下左右の隣が検査される。値１を有するいずれの近隣ピクセルも連結される。スクリーンショット６１４は、連結された近隣ピクセルを接合することによって識別された５個のタッチ位置７０１−７０５を示している。
【００４６】
段階６０５では、タッチ座標及び各タッチ位置の面積が計算される。一部の実施形態において、タッチ位置の面積はそのピクセルの合計であり、タッチ位置はその区域の重心である。一部の実施形態において、有効なタッチ位置は、例えば、指の予期されるサイズに基づいて、最小限の面積を有していなければならない。更に、一部の実施形態において、タッチ物体に対する最大のサイズも提供される。タッチ区域が最大サイズを超える場合に、それは無視され、又はスクリーン上に共に置かれた複数の物体を含むと見なされる。従って、タッチセンサは、動作を行う単一指と同じ動作を行う複数の指とを識別するように作動可能である。同様に、システムが複数のタッチ物体を追跡する場合に、タッチ物体の大きいサイズに基づいて、それらが例えばピンチ動作で集められた後にでさえ、それらを複数の物体として追跡し続けるように作動可能である。
【００４７】
図９を参照すると、これは本発明の実施形態によるタッチ位置を識別する第２の方法を説明する流れ図である。段階６２０では、光ビーム間の交点のルックアップテーブルが生成される。この表では、どのエントリも表ＩＶに説明される使用可能な光ビームの各光ビームに関し、そのビームと交差する他ビームとそれぞれの交点とを含み、各交点に関し、ルックアップテーブルは４つの隣接する交点、つまり２つの交差するビームの各々に沿う２つのすぐ隣の交点に対するポインタを含む。これらの隣接する交点を図１０に示している。
【００４８】
図１０を参照すると、これは本発明の実施形態による図９の方法に使用される隣接する交点の説明図である。図１０には、点３１０で交差する２つの主要な交差するビーム３０１、３０２を示している。２つの追加のビーム３０３、３０４も、ビーム３０１、３０２と点３１１−３１４で交差する。交点３１０に関するルックアップテーブルには、点３１０の座標と隣接する交点３１１−３１４に対するポインタとが含まれる。
【００４９】
図９に戻り、段階６２１では、表ＩＶに説明される全使用可能なビームを走査して、ビームの検出値を閾値と比較することにより遮断／非遮断の２進値を割り当てる。一部の実施形態において、２進値の代わりに正規化された検出値を使用し、その後に、タッチ位置の計算を精緻化するために隣接するビームから得られる正規化値を内挿する。
【００５０】
段階６２２で、遮断ビームは次のように分析される。第１の遮断ビームが識別されると、本方法ではその遮断ビームに沿う全ての交点を検査して、その点が２つの遮断ビームの交点であるか否かを調べる。そのような交点が確認されると、本方法では、２つの遮断ビームの交点がそれ以上見つからなくなるまで、２つの遮断ビームの追加の交点に関して全てのすぐ隣の交点を繰り返し検査する。２つの遮断ビームにより更に形成される全ての隣接する交点は、同じタッチ物体に属すると見なされ、従って、同じ群に分類される。この反復法は、単一タッチ物体に属する連結された交点の全てを見つけ出す。本方法は、その後、前の段階でまだ使用されていない遮断ビームを元にして繰り返される。遮断されたビーム対が交差する交点を連結することで結果として生じるネットワークは、図１１の円６５１の内側に示されている。
【００５１】
図１１を参照すると、これは本発明の実施形態によるタッチ物体を位置付けるために使用される連結された遮断ビームのネットワークの説明図である。図１１は、１つのタッチの場合における遮断及び非遮断のビームを示している。図１１はカラーの図である。緑色の線は非遮断のビームを表し、赤色の線は遮断ビームを表している。従って、有意な交点は２つの赤色の線が交差する点である。第１のそのような赤色の交点から、本方法は反復的に連結された赤色の交点のネットワークを構築する。この区域は、図１１に黄色の円６５１でマーク付けされた赤色の区域である。
【００５２】
段階６２２は、図９のフレーム６４０により示している。フレーム６４０は第１の遮断ビーム６３３を含む。ビーム６３３に沿う３つの交点６３７−６３９が示されている。点６３７及び６３８は、ビーム６３３が２つの非遮断ビーム６３４及び６３５とそれぞれに交差する場所である。点６３９は、ビーム６３３と第２の遮断ビーム６３６の交点である。交差するビーム６３６は、本方法によって識別された第２の遮断ビームである。
【００５３】
段階６２３で、本方法は点６３９に隣接する交点を反復的に検査して、同じタッチ物体に属する隣接する交点のネットワーク又はウェブを作り出す。これは図９でフレーム６５０により示されており、第１の交点６３９と隣接する交点６４５−６４７とを示している。点６４７はビーム６３３に沿う次の交点であり、点６４５及び６４６は第２の遮断ビーム６３６に沿う隣接する交点である。点６４５はビーム６３６がビーム６４３と出会う場所であり、点６４６はビーム６３６がビーム６４１と出会う場所である。この段階の反復的な性質は、これらの点６４５−６４７も２つの遮断ビームによって形成されているならば、この探索はそれらの近くに延びるということを意味する。隣接する交点のリストはオフラインで生成されてメモリに格納される。本方法は、ビームを順番に検査することにより始まる。第１の遮断ビームは、その近傍を検査するために探索を広げる。検査されたビームのリストは、本方法が第１の遮断ビームに対して順次的な検査を再開する場合に、近くのビームの再検査を回避するのに使用される。
【００５４】
段階６２４で、本方法は、各ビーム上の最初及び最後の遮断交点を抽出するために、連結された交点の分析に取り掛かる。それによってタッチ区域の輪郭を提供する。その結果、図１１では、これらの最も外側の点は、赤色の線のネットワーク又はウェブを取り囲む黄色の円６５１を成す。図１１の縮小版は図９のフレーム６６０に示されており、黄色の円６５１が赤色のビームのウェブを取り囲んでいる。タッチ位置は、全ビームに関するこれら２つの端点の平均として計算される。タッチ区域の幅と高さは、区域の上下左右の座標を決定することにより計算される。これらは、各方向の交点の最大及び最小の座標により、又は代わりに各方向の２つ又は３つの最大及び最小の交点座標を平均することによって決定される。
【００５５】
候補タッチ位置が少なくとも１つの固有な遮断ビームを含むのであれば、すなわち、遮断ビームが他のいずれの候補タッチ位置を通過しないのであれば、実際のタッチ位置であることが確証される。固有な遮断ビームが１つも候補タッチ位置に対応しないのであれば、すなわち、その候補位置を通過する全ての遮断ビームが少なくとも１つの別の確証されたタッチ位置を通過するのであれば、その候補タッチ位置は捨てられる。このようにして、幻のタッチ、すなわち、交点にある物体によっては生成されず、むしろその位置の上に光ビームの影を落とす２つの物体によって生成される遮断ビームの交点に対応する位置は捨てられる。
【００５６】
図１２を参照すると、これは検出ビームが交差する位置のマップである。上述のように、どの交差するビームも遮断される交点は、遮断交点としてマーク付けされる。遮断交点は、図１２で黒く陰を付けられている。図１２は、上述のシステム及び方法により識別された５個のタッチ物体に対応する遮断交点の５個のクラスター７０１−７０５を示している。追加の遮断交点が示されているが、それらはタッチ物体として認定するには小さすぎるクラスターに属している。
【００５７】
図１３−１８を参照すると、これらは本発明の実施形態によるタッチ位置を決定する代替方法の説明図であり、本方法では、遮断されない細い光ビームに基づいて大きい候補タッチ区域の一部分が除外される。本方法では非常に細いビームを使用し、スクリーンにタッチするどの物体も少なくともｄの半径を有すると仮定する。本方法は、半径ｄのタッチ物体が存在することができる潜在的タッチ区域Ｑとして、スクリーン全体を規定することで始まる。図１３は、斜線部６５３で示される区域Ｑを備えるスクリーン８０２を示している。遮断されない細いビームは、半径ｄを有するいずれの物体もビームから距離ｄ以内に位置していないことを示している。この状況は、遮断されない細いビーム３０５がスクリーン８０２を横切っているところを示す図１４に示されている。いずれのタッチ物体も半径ｄを有するという仮定に基づくと、そのようなタッチ物体はビーム３０５から距離ｄ以内に１つも位置していないということは明らかである。従って、ビーム３０５に沿う幅２ｄを有する通路はＱから取り除かれるか又は除外され、Ｑを２つの多角形６５３及び６５４に分割する。より多くの遮断されないビームが追加される時に、より多くの区域がＱから取り除かれる。従って、図１５には２つの遮断されないビーム３０５及び３０６が示されており、それらのビームによってＱは４つの多角形６５３−６５６に分割されている。最後に、Ｑは、図１６に示すように、辺の数を増加させながら益々多数の分離した凸多角形になり、ここではＱが３つの凸多角形６５３−６５５に縮小している。本方法を実行する際に、遠く離れたビームではなく、むしろ近隣のビームによって進めることが時には有利である。例えば、図１５へ戻って参照すると、ビーム３０５と並んだ第２の遮断されないビームは、少しも追加の多角形を増すことなくＱのサイズを縮小することになると理解することができるのに対して、図１５では遮断されないビーム３０６は２つの新しい多角形６５５及び６５６を増加させている。Ｑにおける追加の多角形は特に、追加の多角形データを格納するためにより多くのメモリを必要とする。
【００５８】
一部の実施形態において、本方法は、遮断されない細いビームに基づくＱの分割を超えて進行しない。本方法は、全ての遮断されるビームが分析された時に終了する。Ｑに残る各多角形はタッチ物体を含むと見なされるが、その多角形内の物体の位置は不明である。従って、３つの多角形６５３−６５５がＱに残っているところを示す図１６を参照すると、３つの物体がそれぞれにこれら３つの位置でスクリーン８０２にタッチしていると見なされる。一部の実施形態において、各多角形の重心はそれぞれのタッチ物体の中心であると見なされる。
【００５９】
ある一定のタッチパターンは、タッチ点よりも多くの分離した多角形をＱに生成することになる。これらの余分の多角形はゴーストポイントとして公知である。ゴーストポイントを明白にするか又は除去する１つの方法は、図１７及び１８を参照して説明するように、遮断されたビームの分析の第２段階を用いて本方法を続けることである。各遮断されたビームｉは、半径ｄを有する少なくとも１つのタッチ物体を含むビームに沿う区域Ｏiを暗に示している。タッチ物体はＱにのみ存在することができるので、ＯiがＱと交わる、つまり、Ｏi∩Ｑ≠φであるところに少なくとも１つの物体が存在する。図１７は遮断されたビーム３０７を示している。Ｑ上の２つの多角形、つまり多角形６５４及び６５５が、このビームの経路から距離ｄ以内にあり、両多角形とも等しく遮断物体を含む場合がある。この曖昧さを解消するために、固有の遮断ビーム、すなわち、その遮断ビームはＱ上のただ１つの多角形だけを通過するものを有するＱ上の多角形のみがタッチ物体を含むと見なされる。図１８は、第２の遮断ビーム３０８を示している。Ｑ上のただ１つの多角形だけがこのビーム経路から距離ｄ以内にあり、つまり多角形６５５である。従って、多角形６５５は確実に１つのタッチ物体を含む。多角形６５４は追加のタッチ物体を含む場合があるか、又はゴーストポイントである場合がある。複数の物体が追跡されている場合に、追跡される物体に対応するように見える非固有の遮断ビームにより横切られるＱ上の多角形は、追跡される物体を含むと仮定される。従って、６５４の位置が以前に追跡されたタッチ物体に対応しているのであれば、多角形６５４はタッチ物体に割り当てられるが、そうでなければ、ゴーストポイントとして無視される。
【００６０】
仮定されるタッチ物体の中心は、その多角形ｑの重心である。これに代えて、仮定されるタッチ物体の中心をＯi∩ｑにより定義される多角形の重心とし、その多角形は多角形６５４よりも小さい場合がある。固有の遮断ビームにより横切られるＱ上の多角形はタッチ物体を確実に含むのに対して、固有の遮断ビームにより横切られないがＱ上の複数の多角形を横切る遮断ビームだけにより横切られるＱ上の多角形は、タッチ物体を含む可能性がある。一部の実施形態において、これらの可能なタッチ候補は、可能性はあるが確実ではないタッチ位置として報告される。
【００６１】
図１９を参照すると、これは本発明の実施形態によるタッチ物体のためにビームが通過しない区域を示す５個の円６１５−６１９の説明図である。図１３−１８に示されている方法を用いると、各円内の区域ｑが結果として生じるタッチ候補領域である。従って、５個のタッチ物体が図１９に示されている非遮断ビームのみを用いて識別される。
【００６２】
図２０を参照すると、これは本発明の実施形態による分離したタッチ候補領域の数を非遮断ビーム数の関数として示したグラフである。ｘ軸はタッチシステムで分析されたビームの数を表し、ｙ軸はＱ上で識別された個別の多角形の数を表している。１５０個のビームを分析した後には、６個の分離した多角形がＱ上に識別されている。しかし、２５０個のビームが分析されると、非遮断ビーム１５０−２５０のうちの一部が６番目の多角形から距離ｄ以内を通過して、それをＱから取り除いたために、多角形のうちの１つが除去されている。
【００６３】
仮定した最小半径ｄを有するタッチ物体をスクリーン上のいずれかの場所で検出するために、スクリーン上の各位置は少なくとも１つのビームから距離ｄ以内になければならない。従って、少なくとも１つのビームから距離ｄ以内にないいずれの区域も識別されてＱから取り除かれる。言い換えれば、全てのビームから距離ｄ以上離れたいずれの区域も、検出不可能な区域Ｒである。ＱとＲに共通なあらゆる区域、すなわち、Ｒ∩Ｑは、死角区域である。このような区域はビーム配置により及びｄのサイズにより規定され、そこに存在することになるか否かを決定することができないので、Ｑからマスクしなければならない。
【００６４】
非遮断ビームに基づいて区域Ｑの一部分を除外する本方法の変形をこれから説明する。上述の方法では細いビームを使用し、結果としてビームは遮断か非遮断のいずれかであり、すなわち、各ビームは２進値状態を有する。この変形では、部分的に遮断されうる幅広のビームを使用する。幅広ビームの場合に、遮断物体がビーム内のどこに位置するかを決定するために遮断量が使用され、Ｑからビームの残りの部分を除外する。
【００６５】
図２１及び２２を参照すると、これらは本発明の実施形態による遮断物体位置の影響を示す部分的に遮断された幅広ビームの簡略説明図である。図２１は、光ビーム３２３及び３２４が拡張された発光素子レンズ４０４から出て、拡張された受光素子レンズ４０３に到達するところを示している。レンズ４０４を通りレンズ４０３を通して受光素子２０６へ進む発光素子１０６からの幅広ビームは、レンズ４０４に沿って源を発する一続きの点光源ビームとして模擬することができ、各点光源ビームは延びて受光素子レンズ４０３の上にいる。２つのこのようなビームが図２１に示されており、つまり３２３及び３２４である。図２１では、タッチ物体９０５は、これらのビームが受光素子レンズ４０３の左端部に到達するのを妨げる。本方法では、いずれかの遮断物体、例えば、ポインタ９０５は少なくともｄの半径を有すること、及びその遮断物体はビーム端の一方から内側へ向けてビームを遮断することを仮定する。従って、受光素子２０６で欠けていると予期される光の量は、半径ｄのタッチ物体がこのビームに入り込んだ程度を示している。図２１は物体９０５がレンズ４０４と４０３間の中程に挿入された場合のビーム遮断を示している。物体９０５がレンズ４０４かレンズ４０３のより近くに挿入され、物体９０５がビーム経路の中間より手前に挿入された場合に、より多量の光が遮断される。
【００６６】
図２２は、発光素子レンズ４０４の近くに挿入された物体９０５と、疑似点光源ビーム３２３及び３２４へのその影響とを示している。この場合に、物体９０５は幅広ビーム（レンズ４０４からレンズ４０３まで）を貫通して同程度に挿入されているにもかかわらず、受光素子２０６で検出される光の総量は図２１の場合に検出される量より少ない。物体９０５がレンズ４０３の近くに挿入される場合にも、同様な量の光が検出される。
【００６７】
すなわち、半径ｄを有する物体が幅広ビームの一部分、すなわち、ビームの端から内側へ延びる部分を遮断する時には、物体の外縁はビーム内のある曲線に沿うどこかになければならない。半径ｄを有する物体の全ての可能なタッチ点に関するビームの光強度は、図２１及び２２に示されているモデルを用いて数値的に計算される。
【００６８】
図２３を参照すると、これは本発明の実施形態による幅広光ビームの幅を横切る等照度曲線の簡略例示図である。図２３は、１組の実線の曲線として表示された上述の計算の結果を示している。破線の曲線は、最小二乗近似多項式を用いた近似である。実線と破線の曲線は、「等照度曲線」（ｉｓｏは等しいを意味する）として参照される。従って、タッチ物体の外縁が等照度曲線に沿ういずれかの位置にある場合に、検出される光の量は同じである。
【００６９】
本発明の一部の実施形態において、等照度曲線はデバイス上で測定される。図５１に関して以下で説明するように、図４４に示されている導光体のような幅広ビームの幅方向の光強度分布が単純な曲線ではない複雑な導光体を用いるシステムに対して、これは特に適している。本発明の他の実施形態において、等照度曲線は以下のように計算される。ビームがその左から少し端部（ｘ，ｙ）まで遮断される場合に、光源上の位置αから放出される光は、その端部の投影部β0からセンサの右端までセンサを照らすことになる。全発光位置にわたってセンサを照らす比率を積分することで、センサから検出される光強度の総計が与えられる。ｘ，α及びβ0に対して左から右は、０から１までの範囲にわたって、ｙは光源からセンサまでビームに沿った座標であるが、これも０から１までの範囲にわたる。強度比Ｉの計算式は、数式（１）及び（２）によって与えられる。
2016528584.tif 000012
2016528584.tif 000013
本発明の一部の実施形態において、等照度曲線はデバイス上で測定され、α及びβ0と共に乗数として追加される。
【００７０】
図２３は、幅広ビーム３２５での複数の等照度曲線を示し、遮断されない光の強度を５％間隔で表している。従って、左端の曲線は、ビーム３２５の強度の５％が遮断された場合に物体外縁の可能な位置を表し、左から第２の曲線は強度の１０％遮断の場合を表す等々である。可能な物体外縁をビーム３２５の右半分に示す等照度曲線は、ビーム３２５の左半分の等照度曲線のミラー反転である。図２３は特定の等照度曲線を示すが、数式（１）及び（２）により示すように、それらは量子的なステップではない。むしろ、等照度曲線はビーム３２５の幅全体を通して線形的に進行しており、図２３に示す曲線は単なる例に過ぎない。
【００７１】
概念的には、各等照度曲線は上述の方法での細いビームと同等である。すなわち、上述の方法では、遮断されない細いビームは半径ｄの物体がビーム経路から少なくとも距離ｄだけ離れていたことを意味する。同様に、例えば、幅広ビーム３２５の２０％が遮断される場合に、それは、図２３の等照度曲線に関し、物体の外縁が左から４番目の等照度曲線又は右から４番目の等照度曲線に沿うどこかにあるということを意味する。物体は、左から４番目の等照度曲線の右、又は右から４番目の等照度曲線の左には存在するはずはなく、従って、これらの区域はＱから取り除かれる。その上、本方法はタッチ物体の中心座標を探索しているので、これらの等照度曲線に沿う幅ｄの余裕を更にＱから取り除くことができる。この処理は、図２４−３０に関連して説明する。
【００７２】
図２４−３０を参照すると、これらは本発明の実施形態によるタッチ位置の決定方法の簡略説明図であり、そこでは遮断されない及び部分的に遮断される幅広光ビームに基づいて大きい候補タッチ区域の一部分が除外される。図２４は、スクリーンを横切る部分的に遮断された幅広ビームの中心３２６を示している。この幅広ビームから失われる光の予想量は５０％未満であり、つまりビーム光の５０％を超える量が検出されている。対応する等照度曲線３２７が中心３２６の左に示されており、このビームを遮断する物体が位置することができる境界線を示している。物体は等照度曲線３２７の右側のどこかに位置する可能性があるが、この等照度曲線を超えて左側に延びることはできない。従って、物体がビームの右端からビームへ進入したと仮定すると、この幅広ビームと等照度曲線３２７の左側とで覆われる区域をＱから取り除くことができる。更に、本方法では物体の中心座標を探し求めるので、等照度曲線３２７の右側の幅ｄの余裕を更にＱから取り除くことができる。Ｑ上に残る区域は、区域３２８である。
【００７３】
図２５は図２４と同じビームの中心３２６を示すが、物体がこの幅広ビームに左から挿入された場合にＱがどの程度縮小されるかを示している。対応する等照度曲線３３０が示されており、その右側には物体は位置することができない。そして、幅ｄを有する追加の余裕が等照度曲線３３０に沿って示されており、その内側に物体の中心は位置することができない。Ｑ上にこうして残る区域は、斜線部３３１である。
【００７４】
図２６は、この部分的に検出される幅広ビームに基づいて、Ｑ上に（スクリーン８０２上に）残る区域３２８及び３３１を示している。従って、幅広ビームの５０％を超える量が検出された、言い換えれば、ビームの５０％未満が遮断されたという事実の結果として、区域３３１及び３２８は凸面である。幅広ビームの５０％未満が検出される場合に、Ｑ上に結果として生じる区域は以下に説明するように凹面である。
【００７５】
図２７は、部分的に遮断された幅広の水平ビームの中心３３５を示している。この場合に、ビームの５０％を超える量が遮断され、すなわち、このビームに対して予期される光の５０％未満が検出されている。上述のように、ビームのいずれの側から物体がビームへ進入してきたのかは未知である。図２７は、物体が下方からビームへ挿入された場合にＱ上に残る区域として斜線部３３７を示している。この場合に、等照度曲線３３６が、物体の外縁が位置する可能な曲線である。物体はビームの底から挿入されて幅広ビーム光の５０％を超える量を遮断すると仮定されるので、物体はこのビームの中心３３５を覆うと仮定され、等照度曲線３３６は、従って、中心３３５よりも上にあるということに注意しなければならない。物体は等照度曲線３３６の上に延びるはずはなく、従って幅広ビーム内のこの区域はＱから取り除かれる。更に、本方法は物体の中心を検索するので、等照度曲線３３６よりも下方の物体の仮定された半径ｄの幅の余裕もＱから取り除くことができる。従って、Ｑ上に残る区域は斜線部３３７である。
【００７６】
図２８は、物体が上方からビームに進入すると仮定される場合に、Ｑ上にどのくらいの区域が残るのかを示している。図２８は、ビーム中心３３５、中心３３５の下方にある等照度曲線３３８、及びＱ上に残る斜線部３３９を示している。区域３３９の境界は、等照度曲線３３８から余裕ｄだけずらしてある。
【００７７】
図２９は、大部分が遮断されているこの水平ビームを分析した後に、図２７及び２８の結果を接合することによってＱ上に残る区域を示している。Ｑ上に残る区域３３７及び３３９は凹面である。
【００７８】
図３０は、図２６及び２９にあるビームの分析を足し合わせた後にＱ上に残る区域のマップを示している。Ｑは今や４つの分離した区域３１６−３１９から構成されている。
【００７９】
図示の幅広ビームはスクリーン８０２の反対側の縁間の区域に延びているが、本方法はまた、隣接するスクリーン縁間の区域に延びるビームに対しても適用される。図３１を参照すると、これは本発明の実施形態による２つの隣接するスクリーン縁間に延びる部分的に遮断された幅広ビームの簡略説明図である。図３１は、スクリーンの底縁から右縁へ延びる斜め方向ビームを示している。ＬＥＤ１０６と発光素子レンズ４０４によって生成された幅広ビームは、ビームを受光素子２０６に向ける受光素子レンズで終わる。物体９０５は、ビームの一部分を遮断している。２つの疑似点光源ビーム３２３及び３２４が示されており、図２１及び２２の疑似点光源ビームと類似している。上述の計算に基づいて、このビームに対して、物体の可能な縁を遮断されるビームの量に応じて位置付けるために等照度曲線が計算される。
【００８０】
図３２−３４を参照すると、これらは、幅広光ビームを利用した本発明の別の方法による検出されている物体の簡略図である。本発明の一部の実施形態において、発光素子と受光素子の対抗する行が使用されて、各発光素子はそれぞれの受光素子に対向しているが、本発明の他の実施形態において、発光素子は受光素子とずらして整列している。例えば、各発光素子は２つの対向する受光素子間の中間点の向かい側に位置決めされる場合があり、又は各発光素子は対向する受光素子と中心線をずらして整列するが、２つの受光素子間の中間点の向かい側ではない場合がある。これに加えて、ある一定の実施形態において、光を屈折させて複数の幅広く発散するビームを形成するマイクロレンズの表面と連結された平行化レンズを用いる。これらの様々な実施形態に関する説明は、「光ベースのタッチスクリーンのためのＡＳＩＣコントローラ（ＡＳＩＣ  ＣＯＮＴＲＯＬＬＥＲ  ＦＯＲ  ＬＩＧＨＴ−ＢＡＳＥＤ  ＴＯＵＣＨ  ＳＣＲＥＥＮ）」という名称の現在特許出願中の米国特許第８，６７４，９６６号明細書に含まれており、上記に引用によって組み込まれている。米国特許第８，６７４，９６６号明細書に説明されるシステム及び方法のいずれかを用いてタッチ位置が決定された状態で、本出願は、可能なゴーストタッチを解決する方法を教示する。
【００８１】
図３２はタッチ位置６１６を示し、スクリーン８０２の水平軸上のその初期位置は、２つの検出信号の加重和に基づいて決定され、それは発光素子１０１から受光素子２０１への及び発光素子１０１から受光素子２０２への部分的に遮断されたビームである。発光素子１０１から受光素子２０１への及び発光素子１０１から受光素子２０２への部分的に遮断されたビーム。すなわち、発光素子１０１から受光素子２０１への及び発光素子１０１から受光素子２０２へのビームは幅広ビームであり、各ビームはスクリーン８０２の水平軸に沿うそれぞれの座標値Ｘa及びＸbを有する。各ビームと関連する座標値には、位置６１６にある物体によってそのビームから遮断される光の量に対応する重みＷが割り当てられる。その位置は、従って、以下のように加重平均を用いて決定される。
2016528584.tif 000014
ここで、重みＷa及びＷbは２つのビームに対する正規化された信号差である。
【００８２】
ポインタが３つ以上の発光素子−受光素子対により検出される場合に、上述の加重平均は以下のように一般化される。
2016528584.tif 000015
ここで、Ｗnは正規化された信号差であり、Ｘnは加重位置である。これらの計算は、初期に仮定されるタッチのＹ軸座標に基づいて米国特許第８，６７４，９６６号明細書の図１３７及び１４３−１５０に関連して説明されている。従って、Ｘ座標及びＹ座標は初期に決定される。解説のために、垂直方向にスクリーン８０２を横切るビーム、例えば、ビーム１０１−２０１及びビーム１０１−２０２は、垂直幅広ビームとして参照され、水平方向にスクリーン８０２を横切るビーム、例えば、スクリーン８０２の左縁及び右縁に沿う発光素子と受光素子間のビームは、水平幅広ビームとして参照される。
【００８３】
タッチ座標を更に精緻化して、こうして決定された位置が実際はゴーストポイントであるという何らかの可能性を解消するために、第２の組の計算が実行される。この第２処理の第１段階は、Ｘ座標の計算に寄与した垂直幅広ビーム、例えば、図３２の例ではビーム１０１−２０１及び１０１−２０２の全リストを集めることである。このリストにある各垂直幅広ビームに対して、決定された位置を横切るスクリーンの右側にあるいずれかの発光素子からスクリーンの左側にあるいずれかの受光素子への全ての幅広ビームから２次的なリストがまとめられる。図３３は、垂直幅広ビーム１０１−２０１と水平幅広ビーム１０２−２０３である２つの交差する幅広ビームを示している。ビーム１０１−２０１を横切り、更に座標６１６を覆う幅広ビームの２次的なリストは、図３４に示されている。ビーム１０１−２０２を横切り、更に座標６１６を覆う幅広ビームに対して、同様な２次リストがまとめられる。
【００８４】
従って、交差するビームの多数の対は、その交点が決定された位置を覆うということで識別される。２つの幅広ビーム間のそのような各交点は、図３３の菱形９０６のような２次元形状を形成する。各菱形の重心は、タッチ位置を精緻化するために加重和を計算する際に座標として使用される。しかし、２次リストにある交差ビームのいずれかが完全に遮断されるのであれば、現在のタッチ位置はゴーストポイントであって、現実のタッチではないことが明らかである。
【００８５】
２次リストにある交差ビームの全てが少なくとも部分的に遮断される場合に、そのタッチ位置は、各菱形の交差する水平ビームが遮断される程度に対応する重みを掛けた各菱形交差区域の重心を用いて、加重和を計算することによって精緻化される。一部の実施形態において、その重みは、その菱形の交差するビームの両方、すなわち、垂直方向ビームと水平ビームの両方が遮断される程度に対応する。
【００８６】
この処理は、初期のＹ座標計算に寄与する水平ビームを用いて、Ｙ座標計算に対しても繰り返される。この場合に、各水平幅広ビームに関する２次リストには、初期タッチ位置を覆うスクリーンの上縁に沿ういずれかの発光素子からスクリーンの底縁に沿ういずれかの受光素子への幅広ビームが含まれる。
【００８７】
図３５を参照すると、これは本発明の実施形態によるゴーストタッチを取り除く方法に関する流れ図である。段階６６４で、可能なタッチ座標の初期セットが、垂直方向及び水平方向の光ビームのみを使用し、斜め方向ビームは使用しないで計算される。発光素子が受光素子とずらして整列するシステムでは、ずらして整列した発光素子−受光素子対のみが使用される。これには、１つの発光素子から２つの受光素子へのビームの分岐対が含まれる。
【００８８】
段階６６５は、段階６６４で計算される各タッチ候補全てにわたって繰り返されるループである。段階６６６は、各タッチ候補のｘ及びｙ座標に関するループである。この内部ループの主要部は段階６６７−６７１である。
【００８９】
段階６６５は、段階６６４で計算される各タッチ候補全てにわたって繰り返されるループである。段階６６６は、各タッチ候補のｘ及びｙ座標に関するループである。この内部ループの主要部は段階６６７−６７１である。
【００９０】
段階６６７で、システムは、段階６６４に使用されたビームのうちの１つと交差し、更に段階６６４で計算された座標を横切る全ビームのリストを作る。一部の実施形態において、これはルックアップテーブルを調べることによって行われる。他の実施形態において、このリストを作るために計算を用いる。
【００９１】
段階６６８で、システムは、これらの入射ビームのいずれかが完全に遮断されるか否かを検査する。これらの入射ビームのいずれかが完全に遮断される場合に、候補タッチ位置はゴーストポイントであると決定され（段階６６９）、システムは次のタッチ候補へ進む。
【００９２】
段階６６８でビームの全てが部分的に遮断される場合に、システムは、このタッチ位置を横切る全入射ビームの加重和を計算することにより、タッチ座標を精緻化する。段階６６４に使用された幅広ビームの各々と段階６６７で識別された幅広ビームの各々の間の重なりである菱形区域が、段階６７０で計算される。その後に、この区域の重心が計算され、望ましい軸に沿う重心座標が加重和に使用される。入射ビームの遮断される程度に応じて、それぞれの重みが各重心に対して割り当てられる。精緻化されたタッチ座標は、段階６７０で計算される、望ましい軸に沿った全重心座標の加重和である。この加重和は段階６７１で計算される。
【００９３】
レンズ
本発明の一部の実施形態において、各ＬＥＤ及び各ＰＤは、レンズに結合される。本節では、タッチ検出のために利用される光量を最大にするいくつかのレンズ構造代替物を説明する。
【００９４】
全角度について関係するＬＥＤ又はＰＤチップへの良好なフォーカスを保つために、第１のレンズは漸進的な焦点距離を備えて非円筒形である。図３６を参照すると、これは本発明の実施形態による多くの角度にわたってビームを分配するレンズの簡略図である。図３６は上方から見た図であり、ＬＥＤチップ１０４が光ビームをそのプラスチックシェルを通して本発明のレンズ４００の中へ放出しているところを示している。レンズ４００は、湾曲した入射面４０１と平坦な射出面４０２とを有する。４つのビームが０°−６０°の角度で出て行くところを示している。しかし、連続して並ぶビームがレンズの射出面４０２に沿って出てきて、それらの角度は射出面４０２に沿って次第に増加している。入射面４０１の曲率は、射出角のこの漸進に関して最適化される。入射面４０１はスクリーンに垂直な平面で湾曲しているだけであり、従って、スクリーンの平面には光強度が全くない。
【００９５】
図３７を参照すると、これは本発明の実施形態による全て単一ダイオードにフォーカスさせた４つの異なる視野の簡略図である。図３７は、平行化されたビーム視野の４つの側面図から構成されており、各々は異なる角度、つまり上方から見た図３６に示されているのと同じ角度で導光体に入ってきている。これらの異なる角度にもかかわらず、図３７は、大きく変化する有効焦点距離の中で全４視野をダイオードチップにフォーカスさせる方法を示している。
【００９６】
図３８を参照すると、これは本発明の実施形態による上方から見た時の図３７の４個の視野の説明図である。図３８は、０°に対する短い焦点距離ｆ０と６０°に対する長い焦点距離ｆ６０とを示している。図３６と３８で同じ番号を付けられた要素は、同じ物体を表している。レンズ４００はＬＥＤ１０４に関連して説明されているが、同一のレンズがＰＤに対しても使用される。
【００９７】
図３９及び４０を参照すると、これらは本発明の実施形態による１つの発光素子から２つの各ＰＤへの２つのビームの説明図である。図３９は、１つのＬＥＤ１０６からのビームがレンズ４０５−４０７により、どのようにして２つのＰＤ２０５及び２０６に到達するのかを示している。図３９には、ＬＥＤ１０６からＰＤ２０５へのビーム３２０と、ＬＥＤ１０６からＰＤ２０６へのビーム３２１とが示されている。図４０は、複数のＬＥＤ１０２−１０３及び複数のＰＤ２０２−２０３によって囲まれた導光体フレーム４１０の内側にビーム３２０及び３２１を示している。
【００９８】
図４１−４３を参照すると、これらは本発明の実施形態によるデバイス上の構成要素、導光体、ＰＣＢ、及びスクリーンの配置の説明図である。図４１は、本発明によるタッチスクリーンアセンブリの一部分を示している。２つの導光体４１１及び４１２は、スクリーン８０２の２つの直交する縁に沿って配置されている。ＬＥＤ１０３のアレイは、導光体４１１の裏側のＰＣＢ６５２上に配置されている。
【００９９】
図４２は、図４１に示されている配置の一部分の上から見た図を示している。図４２は、導光体４１１に面する１つのＬＥＤ１０３、ＰＣＢ６５２、及びスクリーン８０２を示している。湾曲した内部レンズ表面４０１はＬＥＤ１０３に面する。
【０１００】
図４３は、ＬＥＤ１０３がＰＤシェル２１１に入ったＰＤ２１０に置換されていることを除けば、図４１に示されている配置の一部分の略断面図を示している。図４３はまた、内面４０１、ＰＣＢ６５２、及びスクリーン８０２を備える導光体４１１を示している。図４３に示されている断面図では、内面４０１は、レンズ４１１の高さに沿って、つまりスクリーンに垂直な方向に沿って光を平行化するためにその高さに沿って湾曲している。この断面図は光軸を通っているが、光軸はＰＤ２０１の中心であり、見られる湾曲は図３６−３８に示されている前方の０°視野に対するものである。断面が別の平面で行われる場合に、その曲率は対応する視野角に適するように異なることになる。
【０１０１】
第２の選択肢は、屈折要素と反射要素の両方を特徴とする導光体である。この導光体は、屈折のみを利用するレンズよりもより極端な角度でＬＥＤから放出される光の利用を可能にし、それによって放出されるＬＥＤ光をより多く集めることができる。この導光体は、光の方向での限られた空間内により幅広いピッチ、つまりピッチとチップから導光体の端までの深さ／長さとのより極端な比率を可能にする。
【０１０２】
図４４及び４５を参照すると、これらは本発明の実施形態による導光体の簡略説明図である。図４４は、導光体４１６、３つの発光素子１０７−１０９、及び上述の「ピッチ」と「深さ」を示している。図４５は、導光体４１６と３つのＬＥＤ１０７−１０９とを含む複合レンズの実施形態を示している。導光体４１６は、各ＬＥＤに対向して１つずつの３つの同一部分を備えている。同様の複合レンズはＰＤに対しても使用される。導光体４１６は、屈折面４２０及び反射面４２１により、並外れた広視野角４１９を有する。発光素子から前方に向けられた光は反射されず、平行化のための光学面４２２によって平行化される。
【０１０３】
従って、出力光照射野３４３の３つの部分は、中央の平行化部分３４４、左側及び右側の平行化部分３４５及び３４１である。出力光照射野３４３にある２つの間隙３４２が示されている。これらは、屈折面４２０をそれぞれ屈折面４２２及び反射面４２１に繋ぐ２つの半径４１７によって引き起こされている。間隙３４２を覆うために、微細構造、導光体中の空隙、又はその組合せを利用したいくつかの方法が提供されている。空隙方式では間隙３４２を閉じるのに対して、微細構造構成は間隙３４２の重症度を低減するが、間隙を完全には取り除かない。
【０１０４】
図４６を参照すると、これは本発明の実施形態による図４４及び４５の導光体での光照射野の間隙問題を微細構造がどのように低減するかを示す簡略説明図である。図４６は、外部レンズ表面４２３に適用される光散乱微細構造の効果を示している。図４５に示されている光照射野３４１の間隙３４２は、今や散乱ビーム３４６によって覆われている。
【０１０５】
間隙３４２を覆う代替方法では、導光体中の空隙を利用する。２つの変形が提供される。図４７−４９を参照すると、これらは本発明の実施形態による導光体の簡略説明図である。図４７は、空隙４３２によってレンズ４３３から分離された導光体４２９を示している。レンズ４３３は、タッチ区域に直線的な境界を提供するのに使用される平坦な透明シートである場合がある。導光体４２９は、主としてその中央の平行化部分で導光体４１６と異なる。導光体４１６では、前方に向けられた光は入射面４２２で１回の屈折により平行化されるのに対して、導光体４２９では、この光は２回の屈折、すなわち、入射面４３０及び射出面４３１での屈折により、平行化される。入射面４３０での屈折は、光照射野３４７に示すように、光が表面４３１を出て行く時に光が光照射野中の間隙を覆うように、光を向ける。
【０１０６】
図４８は、導光体の中央部分にではなく、導光体４４０の左側及び右側の部分に光を向けることによって間隙４３２を覆う別の導光体４４０を示している。導光体４４０は、空隙４４３によってレンズ４４４から分離されている。レンズ４４４は、図４７のレンズ４３３のように、タッチ区域に直線的な境界を提供するのに使用される平坦な透明シートである場合がある。導光体４４０は、主としてその左側及び右側の反射及び屈折する部分で導光体４１６と異なる。導光体４１６では、広角光は表面４２１での反射を伴った入射面４２０での屈折により平行化されるが、導光体４４０では、射出面４４２で更にもう１回の屈折が要求される。表面４４１での反射は、光照射野３４８に示すように、光が表面４３２を出て行く時に光が光照射野中の間隙を覆うように光を向ける。
【０１０７】
導光体４１６、４２９、及び４４０は全て、スクリーン面に平行な第１の次元方向へ光を平行化する。曲面ミラーは、光ビームをスクリーン面に垂直な次元に平行化するのに使用される。図４９は、ＬＥＤ１０７−１０９、これらのＬＥＤからの光を第１の方向へ平行化するための導光体４１６、及びこれらの光ビームを第２の方向へ平行化するための曲面ミラーを示している。第２の導光体４５２は、これらのビームをスクリーンの至る所に向ける。
【０１０８】
方法によっては、ビーム強度が光照射野３４３に沿って線形的に変化することが役立つ。図５０を参照すると、これは本発明の実施形態による幅広光ビームの幅方向の光強度分布を説明する簡略図である。図５０は、幅広ビーム３５４の幅方向にわたる線形的な光強度分布３５５を示している。図５０の他の要素は、スクリーン８０２、ＬＥＤ１０６及びその関連レンズ４０７、ＰＤ２０５及び２０６、及びそれらの関連レンズ４０５及び４０６である。「反射光を用いた光学タッチスクリーンシステム（ＯＰＴＩＣＡＬ  ＴＯＵＣＨ  ＳＣＲＥＥＮ  ＳＹＳＴＥＭＳ  ＵＳＩＮＧ  ＲＥＦＬＥＣＴＥＤ  ＬＩＧＨＴ）」という名称の米国特許出願公開２０１１／０１６３９９８  Ａ１号明細書を参照すると、その内容は参照によりその全体を本明細書に組み込まれているが、幅広ビーム内のタッチ位置を決定するために線形的な光強度分布がどのように利用されるのかを説明している。しかし、図５１に関連して説明するように、導光体４１６、４２９及び４４０の外縁での反射により、光照射野３４３の外側部分は反転される。
【０１０９】
図５１を参照すると、これは本発明の実施形態による反射されない幅広光ビームの幅方向光強度分布を図４４及び４５の導光体を通過した幅広光ビームの幅方向光強度分布と比較する簡略説明図である。図５１は、第１の発光素子１０６からの光強度分布を導光体４１６を通過した第２の発光素子１０８からの光強度分布と比較している。発光素子１０６からの線形的な分布３５６は、導光体４１６によって３つの分布３５７−３５９へ再編成されている。分布３５８及び３５９は、隣接する分布部分３５７とは方向的に異なっている。図４６に関連して説明した微細構造は、この問題を改善する。しかし、別の導光体は、今まで通り広視野角を取り込みながらもこの問題を完全に回避する。
【０１１０】
図５２及び５４を参照すると、これらは本発明の実施形態による導光体の簡略説明図である。図５２は、広視野角をも取り込み、光照射野に間隙がないという追加の利点を備える導光体の３つのレンズ４６０を示しており、光照射野を容易に形づくることができ、例えば、図５０及び５１に関連して上記で説明したような線形的な光強度分布を与える。レンズ４６０は、広視野角にわたる光を取り込んで平行化するために、屈折と反射を用いる。図５２の各レンズは、それぞれのダイオード１０７−１０９に対向している。このレンズは、上側部分４６６と下側部分４６７を特徴とする。下側部分４６７は、レンズのそれぞれのダイオードに面する屈折面４６３と、底部水平面４８４により水平に切断された湾曲した内部反射面４６１とを特徴とする。上側部分４６６は、レンズのそれぞれのダイオード上方の屈折面４６４と、上部水平面４８３により水平に切断された湾曲した内部反射面４６２とを特徴とする。
【０１１１】
一部の実施形態において、屈折面４６３は単一曲面（ｘ次元）である。他の実施形態において、ダイオードに面する表面は直線的である。内部反射面４６１及び４６２は、更に、ｘ方向とｙ方向の双方向に光を平行化する。ダイオード１０７−１０９が発光素子の場合に、平行化された光は平坦な射出面４６４を通ってレンズ４６０から出て行く。ダイオード１０７−１０９が受光素子の場合に、平行化された光は平坦な射出面４６４を通ってレンズ４６０に入ってくる。水平面４８３及び４８４で反射面４６１及び４６２は、垂直ではなく水平に切断することにより、レンズは上述のようにより低い高さを有する。
【０１１２】
図５３は、レンズ４６０の上面図を示している。ダイオード１０８は、ＬＥＤ又はＰＤである。図５３は、レンズの湾曲した入射面４６３と平坦な射出面４６４とを示している。光ビーム４６５は入射面４６３で屈折する。
【０１１３】
図５４は、導光体４６０の側面から見た断面図である。図５４は、反射面４６１及び４６２が光ビーム４６５をｙ方向及びｘ方向にどのようにして平行化するのかを示している。表面４６１及び４６２は、ｘ方向とｙ方向の双方向に湾曲してこれら双方向に光を平行化し、それぞれの水平面４８４及び４８３によって水平に切断されている。表面４６１と４６２は、垂直方向に整列した互いの鏡像である。それによってこれらの表面のうちの一方で反射されたいずれかの光が、他方の表面でも反射されることが保証される。レンズ４６０の入射面４６３及び射出面４６４も示されている。
【０１１４】
レンズ４６０は、多くの光を必要とする用途に適する極めて高感度のレンズであるにもかかわらず、極めて小型である。例えば、ダイオードがスクリーンの下に配置される従来技術のシステムでは、ｘ方向、つまりスクリーン面に平行な方向に光を平行化するための導光体では、ｘ方向に垂直な下方へ伝わる光を受け入れる湾曲した反射面が使用される。従来技術のレンズでは、二重に湾曲した反射体が、導光体後部の垂直面によって垂直に切断されている。レンズ４６０の利点は、図５５に示されている従来技術の導光体と比較すると明らかである。
【０１１５】
図５５を参照すると、これは導光体の従来技術の説明図である。図５５は、ＬＥＤ１０８からの光を平行化するために２次元に湾曲した単一反射体を備えた従来技術の平行化のための導光体に対向するダイオード１０８を示している。反射体は、以下の２つの高さの和から構成される高さ４７８を有する。すなわち、（ａ）射出面４７４の高さによって決定される高さ４７６。これは、導光体４７０を通って光が進む際に維持しなければならない入射光路の高さである。（ｂ）二重に湾曲した反射体が背面４８１と交わるという事実から生じる放物線の高さ４７２。高さ４７２の大きさは、隣接するＬＥＤ間のピッチ幅と導光体４７０に対するＬＥＤ１０８の近接度とに依存する。すなわち、視野角が広いほど、より大きい放物線の高さを必要とする。
【０１１６】
対照的に、図５２，５３，５４、及び５６のレンズ４６０の最小高さは、入射光路の高さの２倍に、つまり表面４６３及び４６４の高さの和に制限されるだけである。図５５の放物線は、レンズ４６０では垂直面から水平面へ配置転換される。従って、導光体４７０での高さ４７２は、図５２に示すようにレンズ４６０の水平面上の深さ４８２に置換される。
【０１１７】
更に、レンズ４６０は２つの二重に湾曲する反射体を備えるので、より強力であり、導光体４７０の２倍近く強力である。従って、広視野角に関し、レンズ４６０で必要とされる放物線の深さは、導光体４７０で必要とされる放物線の高さよりも実質的に小さい。
【０１１８】
図５６を参照すると、これは本発明の実施形態による図５２、５３、５４のレンズ４６０の例示的寸法を示す簡略説明図である。平坦な入射面と長い焦点距離とに関し、レンズ４６０の極端さを弱めることができる。隣接するレンズ間の距離も、必要であれば増すことができる。レンズ４６０に使用される普通ではない湾曲は、極端な口径食をもたらす場合があるが、射出面４６４の微細構造で補うことができる。
【０１１９】
エッジスイープ検出
図５７及び５８を参照すると、これらは本発明の実施形態による導光体上で実行されるタッチ及びスイープ動作を検出するための導光体配置の簡略説明図である。図５７は、本発明の実施形態による導光体フレームの左縁にタッチする物体を検出するためのＬＥＤ−ＰＤ対を備えた光タッチスクリーンを示している。図５７は、図４０の光タッチスクリーンを示すが、スクリーン上のタッチ位置検出のためのＬＥＤ及びＰＤに加えて、追加のＬＥＤ−ＰＤ対の１０６−２０６が導光体フレーム４１０の左縁にタッチする物体を検出するために加えられている。ＬＥＤ１０６は、光ビーム３２２を導光体フレーム４１０の左側境界に投射するが、そこでは光ビーム３２２は、それが伝わる際に内部全反射によりフレーム４１０のスラブ部分の内側に取り込まれる。この境界の反対端で、光ビーム３２２は検出素子２０６によって検出される。このスラブの上面は、外側からの物体によるタッチに露出される。このようなタッチは、光ビーム３２２が検出素子２０６に到達する前にその一部を吸収し、検出素子２０６での減少した検出をもたらす。検出素子２０６に連結された計算ユニット７１１は、この減少した光検出に基づいて、ビーム３２２が通過するスラブ部分の上面に物体がタッチしていると決定する。
【０１２０】
ある一定の実施形態において、上面を横切ってビーム３２２に垂直な方向への動きを検出するために１つよりも多いＬＥＤ−ＰＤ対が提供される。それによってコンピュータは、Ｗｉｎｄｏｗｓ８でチャームバーを開く又は異なる実行中のアプリケーション間をトグルで切り換えるために用いられるスイープ動作に対応して、境界を横切るスイープ動作が実行されていると決定することができる。図５８は、本発明の実施形態による導光体４１１を通してそれぞれビーム３２２、３２３を放出する２つ発光素子１０６、１０７を示しており、各ビームは対応する検出素子（図示せず）により各ビームの反対端で検出されている。図５８は、導光体４１１を通してそれぞれビーム３２２及び３２３を放出する発光素子１０６及び１０７を示している。これらのビームは、内部全反射により導光体４１１の内側に閉じ込められる。各ビームは対応する検出素子（図示せず）により各ビームの反対端で検出される。導光体４１１を横切って矢印９００により示されるスイープ動作は、指が各ビームとタッチする時に、動作を実行している指により吸収されている内部反射ビーム３２２及び３２３の一部の結果として検出される。更に、ある一定の実施形態において、フレーム４１０（図５７）の各境界は、スクリーンの各縁に沿うこれらのＷｉｎｄｏｗｓ８のエッジ関連スイープ動作を検出するために複数のＬＥＤ−ＰＤ対を備えている。
【０１２１】
共に本明細書に引用により全体を組み込む「内部全反射を用いた光タッチスクリーン（ＯＰＴＩＣＡＬ  ＴＯＵＣＨ  ＳＣＲＥＥＮ  ＵＳＩＮＧ  ＴＯＴＡＬ  ＩＮＴＥＲＮＡＬ  ＲＥＦＬＥＣＴＩＯＮ」という名称の本出願人の米国特許第８，５５３，０１４号明細書及び現在特許出願中の米国特許出願番号第１４／０１６，０７６号明細書を参照すると、光ビーム３２２を発光素子１０６から導光体スラブ中へ投射して、反対側の検出素子２０６の出力に基づいてスラブ上面にタッチする物体の位置を決定する方法を説明している。
【０１２２】
構成要素を低減した可撓性タッチスクリーン
ここで、タッチスクリーンがスクリーンの２つの縁のみに沿った導光体を備えた本発明の実施形態に説明を向ける。図５９を参照すると、これは本発明の実施形態によるスクリーンの底縁に沿う発光素子の行とスクリーンの上縁に沿う受光素子の行とを備えるタッチスクリーンの簡略説明図である。図５９は、スクリーン８０３、発光素子導光体４７９、光検出素子導光体４８０、及び光ビーム３６０を示している。
【０１２３】
図６０を参照すると、これは本発明の実施形態による図５９のタッチスクリーンの簡略説明図である。図６０は、スクリーン８０３、発光素子導光体４７９、光検出素子導光体４８０、及びＰＣＢ６５７を示している。
【０１２４】
図６１を参照すると、これは本発明の実施形態による図５９のタッチスクリーンの分解組立図である。この図では、それぞれの導光体下のＰＣＢ６５７上に装着されたＬＥＤ１１０及びＰＤ２０７を露出している。
【０１２５】
本発明の別の実施形態において、ＰＣＢ６５７は２つのＰＣＢストリップで置換される。この点について図６２を参照すると、これは本発明の実施形態による第１の薄型ストリップＰＣＢ上に装着されたスクリーン底縁に沿う発光素子の行と、第２の薄型ストリップＰＣＢ上に装着されたスクリーン上縁に沿う受光素子の行とを備えるタッチスクリーンの簡略説明図である。図６２は、スクリーン８０３、発光素子導光体４７９、及び検出素子導光体４８０を備えたタッチスクリーンの実施形態を示している。
【０１２６】
図６３を参照すると、これは本発明の実施形態による図６２のタッチスクリーンの分解組立図である。このように図６３は、ＬＥＤ１１０及びＰＤ２０７がそれぞれ装着される２つのＰＣＢストリップ６５８及び６５９を示している。図６３に示すように、導光体４７９及び４８０はそれぞれ２つの部品から形成されており、一方はスクリーン８０３の上方、他方はスクリーン８０３の下方にある。
【０１２７】
スクリーンの２つの縁のみに沿った導光体を備えるタッチスクリーンのこれらの実施形態は、可撓性スクリーン上に光タッチ機能を与えることを可能にする。この点について図６４を参照すると、これは本発明の実施形態による折り畳み可能なタッチスクリーンの簡略説明図である。図６４は、スクリーンの右縁に沿う発光素子導光体４７９と左縁に沿う光検出素子導光体４８０とを備えた折り畳み可能なスクリーン８０３を示している。スクリーン８０３の中央に沿う折り目８０４は、コンパクトな収納のためにスクリーンを半分に折り畳める位置を示している。折り畳んでいないスクリーンは、発光素子導光体４７９から投射されたビームが光検出素子導光体４８０に到達する限りはタッチ感応性である。図６５を参照すると、スクリーンの左側半分と右側半分の両方とも、発光素子導光体及び光検出素子導光体の４７９及び４８０のそれぞれの対を備える実施形態を示している。この場合に、スクリーンが折り目８０４に沿って折り畳まれている時でさえも、スクリーンの各半分はタッチ感応性である。例えば、図６５のスクリーンが約９０°に折り畳まれて、スクリーンの半分はテーブル上に平らに横たわり、他方の半分はユーザに向いて直立している場合に、開いたラップトップのように、両半分はタッチ感応性のままである。
【０１２８】
これらの実施形態でのタッチ位置の決定は、図６６−６９を参照して説明される。図６６を参照すると、これは本発明の実施形態による１つの発光素子から全検出素子へ到達する光ビームの簡略説明図である。図６６は、スクリーンの底縁に沿うＬＥＤのアレイ１１０と上縁に沿うＰＤのアレイ２０７とを備えるスクリーン８０３を示している。ＬＥＤのうちの１つからの光ビーム３６０は、全ＰＤに到達する。
【０１２９】
図６７を参照すると、これは本発明の実施形態によるスクリーン中央にタッチする物体により図６６のどのビームが遮断されるかを示す簡略説明図である。図６７は、物体９１０がスクリーン上に置かれた時にビーム３６０に何が起こるのかを示している。従って、図６７と６６を比較すると、ビーム３６０の一部が物体９１０により遮断されて、それらの欠如はＰＤ２０７のそれぞれのＰＤで検出される。
【０１３０】
図６８を参照すると、これは本発明の実施形態による図６７の物体によって遮断されない他の発光素子からの追加のビームを示す簡略説明図である。図６８は、いくつかのＬＥＤからの遮断されないビーム３６０を示している。
【０１３１】
図６９を参照すると、これは本発明の実施形態による図６７の物体９１０により遮断されるビームの全てを示す簡略説明図である。これらの遮断されたビームの交点が集中する場所の周辺区域は、スクリーン上の物体９１０に対応する。物体の２次元位置はこのようにして決定される。従って、タッチ物体の位置の２Ｄ座標は、遮断されたビームの交点に対応する。多くの交差するビームの構成に基づいてタッチ座標を決定するためのいくつかの方法は、ゴーストの回避に関して上述している。遮断ビームを処理する方法もあるが、非遮断ビームを処理する方法もある。これらの方法の全てはまた、本発明の構成要素を低減した実施形態にも適用可能である。
【０１３２】
これらの実施形態において、ｘ座標、つまり導光体４７９及び４８０の長さに沿う座標の分解能は、ｙ座標の分解能よりも高い。従って、本発明の一部の実施形態において、タッチスクリーンドライバソフトウエアは、シングルタッチ及びデュアルタッチ、又はマルチタッチの状況を識別する。特に、一部の実施形態において、ピンチ及びスプレッド動作のようなマルチタッチ動作は、タッチのｘ座標にのみ基づいて決定される。一方、ただ１つの物体がスクリーンにタッチしている場合に、システムはタッチ物体のｘ座標とｙ座標の両方を決定する。
【０１３３】
更に、ｘ座標の検出はスクリーンの幅全体、すなわち、導光体４７９及び４８０の縁まで延びるのに対して、ｙ座標の検出は、ｙ座標を決定するのに必要とされる複数の斜め方向に交差するビームを与えるためにスクリーン内の内接矩形に限定される。
【０１３４】
円形タッチパネル
本発明の実施形態は、円形タッチパネルに関する。ある一定の円形タッチパネルの実施形態は、小さいタッチパッド及び腕時計を目標に形成され、約直径４０ｍｍである。これらの実施形態は、マルチタッチをサポートする。ある一定の光タッチスクリーン実施では、ＬＥＤとＰＤ間の経路は、光の幅広ビームから構成されるが、丸いタッチ面に対しては、ＬＥＤからＰＤへの細い光線様のビームが使用される。従って、これらの実施形態は、比較的小さく、かつ緊密に配置された構成要素を使用する。個々の光照射野は狭いにもかかわらず、それによって良好な光カバレージが可能になる。
【０１３５】
構成要素の配置
図７０−７３を参照すると、これらは本発明の代替実施形態による円形タッチ面のためのＬＥＤ及びＰＤの代替配置の図である。ＬＥＤ及びＰＤは、タッチ区域の光カバレージが最大化されるように、すなわち、タッチ区域を覆う光線格子中の穴が可能な限り小さくなるように配置される。
【０１３６】
２つの異なる設定の幾何学的配置が使用される。すなわち、以下の２つである。
（ｉ）交替するＬＥＤ／ＰＤ。それによってどのＬＥＤも２つのＰＤ間に位置決めされ、逆も同様。
（ｉｉ）ＬＥＤ及びＰＤは、別々の半円上に位置決めされる。
【０１３７】
（ｉ）交替するＬＥＤ／ＰＤ
図７０は、奇数個のＬＥＤを備えた交替するＬＥＤ及びＰＤの配置を示している。この場合に、各ＬＥＤは１つのＰＤによって正反対方向へ鏡映される。この種の放射相称は、タッチ区域の中央にスポーク車輪に似た大きい円を生成する。
【０１３８】
この円内には、位置精度の欠如が存在する。中央の片側で１つ又はそれよりも多くの光線を遮断する場合に、同じ光線が遮断されうる正反対の別の位置がいつでも存在し、従って、同じ信号を生成する。従って、この円内では、中央のいずれの側にタッチが位置するのかを決定することができない。
【０１３９】
図７１は、偶数個のＬＥＤを備えた交替するＬＥＤ及びＰＤの配置を示している。この場合に、各ＬＥＤは別のＬＥＤによって正反対方向へ鏡映される。この種の放射相称は、タッチ区域の中央に光線パターン内の円形の穴を生成する。この円内では、いずれのタッチ情報も生成することはできない。しかし、この場合は問題になる円がよりも小さいということに注意しなければならない。
【０１４０】
（ｉｉ）別々の半円上に位置決めされたＬＥＤ及びＰＤ
本発明の実施形態において、交替する構成要素に関連付けられた放射相称性を破ることが、円を半分に分割して片側にＬＥＤの全て、他方の側にＰＤを配置することによって達成されており、ここでＬＥＤ及びＰＤは均等に分配されている。図７２はこの構成を示している。ＰＤは底部半円に沿って配置され、ＬＥＤは上側半円に沿って配置されている。同数のＬＥＤ及びＰＤを備えることで、前２つのレイアウトの組合せが与えられる。それでも尚、位置精度の乏しい中央区域が存在する。各ＬＥＤは今やいつでも１つのＰＤにより鏡映されるので、この結果は、奇数個のＬＥＤ及びＰＤに対しても同様である。この設定は、それに関連付けられた左右対称性を依然として有する。光線パターンは、この対称性を取り除くことによって改善される。これは特に、僅かにＬＥＤのピッチを変え、３個のＬＥＤ毎に半ピッチの余分な間隔を導入することにより達成される。これはまた、ＬＥＤの数を低減する。このＬＥＤ及びＰＤの配置は、図７５及び７６に示されている。結果として生じる検出ビームのパターンは、図７３及び７７に示されている。
【０１４１】
導光体設計
図７４を参照すると、これは本発明の実施形態による円形タッチ表面のための導光体の説明図である。図７４の左側の一区画は、導光体の断面図である。ＬＥＤからＰＤへの多対多の対応付けには大広角の光を必要とするが、それはＬＥＤ及びＰＤによって提供される。図７４の左区画に示されている断面図の右下コーナに沿う弧により示すように、高さ方向の小さいフォーカス効果が、構成要素に最近接の折り返しミラーに導入される。それ以外に、プラスチック導光体は、内部全反射を用いた鏡面の配置によりタッチ区域を横切る光を入手するための方向変換部品としての役を果たす。湾曲したミラーは僅かにデフォーカスされており、その対応するダイオードをほぼ満たしている。平削りされた導光体を用いた実施形態には、抜き勾配は存在しない。その直線的な斜面の結果、ユニットは、それが水中に完全に沈められた場合にも、防水である限り機能することになる。図７４の左区画に示されている断面図は、３６０°回転されて円形対称の導光体を作り出す。斜面の高さは１ｍｍで、タッチ区域の直径は４０ｍｍである。
【０１４２】
図７５を参照すると、これは本発明の実施形態による円形タッチ表面のためのＰＣＢ配置図である。図７５は、異なる数のＬＥＤ及びＰＤ、すなわち、ＰＣＢ６６１の上側半分の沿う１１個のＬＥＤのＩＲ１−ＩＲ１１とＰＣＢ６６１の下側半分の沿う１２個のＰＤのＰＤ１−ＰＤ１２とを示している。ＰＤは各光検出素子とその隣との間の変位角１５°で均等に配置されているのに対して、ＬＥＤは、各群内の変位角１４°、群間の変位角２１°（１．５*１４°）で４つの群に分割されている。
【０１４３】
ＰＣＢ６６１の内部には、タッチ感応表面の適切な機能のための複数の電子構成要素が備えられており、特にコントローラ７１５は、ＬＥＤ及びＰＤを選択的に始動かつ停止する。
【０１４４】
図７６を参照すると、これは本発明の実施形態による１つのＬＥＤにより放射されて円形タッチ表面を取り囲む複数のＰＤにより検出される光ビームの説明図である。図７６は、ＬＥＤのＩＲ１により放出されたビーム３３２の検出される範囲を示している。上述のように、利用可能なビームに対して、どのビームが十分には検出可能でないのかを検査するために、及び閾値、例えば、非遮断ビームの予期される強度の半分を決定するために、非遮断ビームの検出強度を評価する表が提供される。従って、実際にはビーム３３２の全てが、システムによってタッチを検出するために利用されるとは限らない。例えば、ＩＲ１−ＰＤ１２ビームは、円形の入力表面全体が不透明な物体で覆われている場合でさえ検出されるので利用されない。
【０１４５】
図７７を参照すると、これは本発明の実施形態による円形タッチ表面に使用される交差する光ビームのネットワークの説明図である。図７７は、本発明による円形タッチシステムで導光体４２４によって囲まれた利用されるビームの全てを示している。
【０１４６】
図７８を参照すると、これは本発明の実施形態による円形タッチ表面センサの簡略説明図である。図７８は、本発明による円形タッチパネルの３Ｄモデルである。タッチプレート８１０は、導光体４２４によって囲まれている。図７６及び７７に示されている光ビーム３３２は、導光体４２４を通して投射される。また図７８には、上部及び底部カバー８１１及び８１２、及び以下に説明する触覚振動子のための接続ワイヤ９１２が示されている。
【０１４７】
図７９を参照すると、これは本発明の実施形態による円形タッチ表面を組み立てるために使用される構成要素の説明図である。図７９は、本発明による例示的な円形タッチセンサの主要構成要素、すなわち、前面カバー８１１、裏面カバー８１２、タッチプレート８１０、導光体４２４、ＰＣＢ６６１、ネジ９１１、触覚振動子９１３、及びそのケーブル９１２を示している。
【０１４８】
図８０を参照すると、これは本発明の実施形態による図７８の円形タッチ表面の分解組立図である。前面及び裏面カバー８１１、８１２は、タッチプレート８１０、導光体４２４、及びＰＣＢ６６１を包み込む。また、ネジ９１１、触覚振動子９１３、及びデバイスをホストシステムに接続する付属ケーブルが示されている。触覚振動子９１３は、タッチプレート８１０上で検知されたタッチ入力に応じて、タッチプレート８１０を通した触覚フィードバックを与える。
【０１４９】
図８１を参照すると、これは本発明の実施形態による図７８の円形タッチ表面の断面図である。図８０及び８１の同様な参照番号は同じ要素を示している。導光体４２４の上縁は、斜面を形成しながらタッチプレート８１０の上方へ延びている。
【０１５０】
図８１を参照すると、これは本発明の実施形態による図７８の円形タッチ表面の断面図である。図８０及び８１の同様な参照番号は同じ要素を示している。導光体４２４の上縁は、斜面を形成しながらタッチプレート８１０の上方へ延びている。
【０１５１】
図８２を参照すると、これは本発明の実施形態による図７８の円形タッチ表面のための導光体の簡略説明図である。図８２は、光ビームを方向変換するための２つの反射面を備えた導光体４２４を示している。円形導光体４２４の内周に沿う遮光体４２１は、上方からの迷光が光検出素子に当たらないようにする。
【０１５２】
図８３及び８４を参照すると、これらは本発明の実施形態による円形タッチ面に使用される光ビームの経路の説明図である。図８３は、導光体４２４の反射特性を示している。ＬＥＤ１１０及びＰＤ２２０は、円形導光体４２４の外側に向いて示されている。ＬＥＤ１１０からの光ビーム３３３は、外方向に投射されて導光体４２４の中へ進む。２つの反射ファセットが、ビーム３３３をタッチプレート８１０の上方を横切る方向に向け直す。プレート８１０の反対側縁にある同様な反射ファセットは、ビーム３３３をＰＤ２２０上に向け直す。導光体４２４は、各ＬＥＤが検出可能なビームをＰＤの全てに又は少なくとも多数に到達させるように光を広げるために最適化される。
【０１５３】
図８４は、発光素子の円弧の中央にあるＬＥＤ１１１からＰＤの全てに投射されるビーム３３２を示している。図８４では、円形タッチ区域の上側半分に沿って１２個のＰＤが一線に置かれ、円形タッチ区域の下側半分に沿って１１個のＰＤが一線に置かれている。ＬＥＤの複層的な配置は、それによってＬＥＤの群が群内の隣接ＬＥＤとは異なる変位角を有することになり、これは、上述して図７５及び７６に図示している。
【０１５４】
上述の本明細書では、本発明をその特定の例示的実施形態に関して説明した。しかし、本発明のより広範な精神及び範囲から逸脱することなく、様々な修正及び変形を特定の例示的実施形態に行うことができることは明らかであろう。従って、本明細書及び図面は、限定的ではなく例示的な意味であると考えるものとする。
【符号の説明】
【０１５５】
１０２  第１の複数のＬＥＤ
１０３  第２の複数のＬＥＤ
２０２  第１の複数のＰＤ
２０３  第２の複数のＰＤ
【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３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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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５１】
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【図５２】
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【図５３】
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【図５４】
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【図５５】
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【図５６】
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【図５７】
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【図５８】
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【図５９】
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【図６０】
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【図６１】
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【図６２】
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【図６３】
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【図６４】
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【図６５】
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【図６６】
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【図６７】
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【図６８】
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【図６９】
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【図７０】
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【図７１】
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【図７２】
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【図７３】
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【図７４】
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【図７５】
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【図７６】
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【図７７】
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【図７８】
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【図７９】
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【図８０】
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【図８１】
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【図８２】
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【図８３】
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【図８４】
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【図８】
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【図９】
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【図３６】
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【図３７】
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【図４４】
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【図５０】
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【国際調査報告】
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