(57)【要約】  表示パネルは、表示面の前部にある光反射体または光放射体の３次元位置を割り出す機能を内蔵する。センサーアレイ３１０は、マスク３２１・３３１の開口部などの光学アレンジメントとともに表示パネル内部に配置される。これらの光学アレンジメントは、表示面１００に対して垂直に入射する入射光がセンサー３１０に達することを防ぎ、斜めに入射する入射光がセンサー３１０に達することができるようにする。物体の位置はセンサーの応答を解析することで割り出される。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
表示パネルの表示面に対する物体の３次元位置の割り出しに用いられ、間隔をあけて配置された複数の光センサーと、
複数の光学アレンジメントとを備えており、
上記各光学アレンジメントは、上記表示面に対して垂直に入射する光が少なくとも１つの上記光センサーに達することを防ぎ、かつ、上記表示面に対して斜めに入射する少なくともいくらかの光が少なくとも１つの上記光センサーに達することができるように、少なくとも１つの上記光センサーと連携するように配置されており、
上記表示面上の第１および第２の軸、並びに上記表示面と垂直な第３の軸、および上記表示面の原点に対して、デカルト座標成分として上記物体の位置を割り出すためのプロセッサーを備えるか、または当該プロセッサーと連携していることを特徴とする表示パネル。
【請求項２】
上記各光学アレンジメントは、第１のマスクに第１の開口部を備えていることを特徴とする請求項１に記載の表示パネル。
【請求項３】
上記各第１の開口部は、少なくとも１つの上記光センサーを通り上記表示面に対し垂直な線に対し、垂直に設けられていることを特徴とする請求項２に記載の表示パネル。
【請求項４】
上記各第１の開口部は、それぞれ第１のレンズ構造を含むことを特徴とする請求項２または３に記載の表示パネル。
【請求項５】
上記各第１の開口部は、少なくとも１つの上記光センサーとの位置を合わせられており、
上記各光学アレンジメントは、さらに、上記第１の開口部および少なくとも１つの上記光センサーとの位置を合わせられた第２のマスクの部分を備えていることを特徴とする請求項２に記載の表示パネル。
【請求項６】
上記第２のマスクの上記各部分は、それぞれの第２のレンズ構造の中に形成されているか、またはそれぞれ第２のレンズ構造に隣接して形成されていることを特徴とする請求項５に記載の表示パネル。
【請求項７】
上記第２のマスクの上記各部分は、光が上記光センサーに達することができる斜め方向を規定するために、上記第１の開口部と連携した第２の開口部により隔離されていることを特徴とする請求項５または６に記載の表示パネル。
【請求項８】
上記各光学アレンジメントは、垂直に入射する光を、全反射によって少なくとも１つの上記光センサーからそらせるように設けられたプリズムを備えていることを特徴とする請求項１に記載の表示パネル。
【請求項９】
上記各光学アレンジメントは、光が少なくとも１つの上記光センサーに達することができる、少なくとも１つの斜め方向を規定するように曲げられた複数のルーバーを備えていることを特徴とする請求項１に記載の表示パネル。
【請求項１０】
上記各光学アレンジメントは、回折アレンジメントを備えていていることを特徴とする請求項１に記載の表示パネル。
【請求項１１】
上記各回折アレンジメントは、ワイヤグリッドを備えていていることを特徴とする請求項１０に記載の表示パネル。
【請求項１２】
上記各回折アレンジメントは、複数の干渉フィルターを備えていていることを特徴とする請求項１０に記載の表示パネル。
【請求項１３】
上記光センサーは、可視光に対して感度を有していることを特徴とする請求項１〜１２の何れか１項に記載の表示パネル。
【請求項１４】
ディスプレイバックライトを備えており、上記光センサーは、上記表示面の前部にある物体から反射された、上記ディスプレイバックライトからの光に対して感度を有していることを特徴とする請求項１３に記載の表示パネル。
【請求項１５】
上記光学アレンジメントは、上記表示面の後ろに２次元の配列として設けられていることを特徴とする請求項１〜１４の何れか１項に記載の表示パネル。
【請求項１６】
上記各光学アレンジメントは、少なくとも１つの上記光センサーが、実質的に上記表示面の法線に関して反対側にあり、上記表示面に対して実質的に垂直な方位角面内にある第１および第２の方向のそれぞれを実質的に中心とする第１および第２の立体角でのみ上記表示面に入射する光を受け取るように、少なくとも１つの上記光センサーと連携していることを特徴とする請求項１〜１５の何れか１項に記載の表示パネル。
【請求項１７】
上記第１および第２の方向は、実質的に上記表示面の法線に対して対称であることを特徴とする請求項１６に記載の表示パネル。
【請求項１８】
上記配列は、方位角面が互いに平行である第１のサブ配列と、方位角面が上記第１のサブ配列の方位角面に対して垂直である第２のサブ配列とを備えていることを特徴とする、請求項１５を引用する請求項１６または１７に記載の表示パネル。
【請求項１９】
上記各光学アレンジメントは、少なくとも１つの上記光センサーが、予め定められた方向を実質的に中心とする実質的に１つの立体角のみで、上記表示面に入射する光を受け取るように、少なくとも１つの上記センサーと連携していることを特徴とする請求項１〜１５の何れか１項に記載の表示パネル。
【請求項２０】
上記配列は、上記第１のサブ配列の予め定められた方向の方位角成分に対し、第２から第４のサブ配列の予め定められた方位角成分が、それぞれ実質的に９０°、１８０°、２７０°となるように配置された第１から第４のサブ配列を備えていることを特徴とする、請求項１５を引用する請求項１９に記載の表示パネル。
【請求項２１】
上記光学アレンジメントは、各組の上記光センサーは同じ画角を備えており、異なる組の上記光センサーの画角は異なるように上記光センサーの複数の組を規定するよう、上記光センサーと連携していることを特徴とする請求項１〜２０の何れか１項に記載の表示パネル。
【請求項２２】
上記プロセッサーは、上記センサーの組が感度を有する画像の視覚的特徴に関して、各組の上記光センサーの出力を解析し、上記視覚的特徴から上記物体の位置を割り出すように設けられていることを特徴とする請求項２１に記載の表示パネル。
【請求項２３】
上記視覚的特徴は、最も高い光強度を感知する上記組の上記光センサーの位置を含んでいることを特徴とする請求項２２に記載の表示パネル。
【請求項２４】
上記視覚的特徴は、上記組の上記光センサーによって感知される光強度の中心値の、上記表示面上における位置を含んでいることを特徴とする請求項２２に記載の表示パネル。
【請求項２５】
第１および第２の組の上記光センサーは、方位角が上記第１の軸に沿ってそれぞれ反対の方向にある画角を備えていることを特徴とする請求項２１〜２４の何れか１項に記載の表示パネル。
【請求項２６】
上記第１および第２の組の上記光センサーの画角は、上記表示面に対し＋θ１および−θ１の仰角を有しており、上記プロセッサーは、上記第１の軸に対する上記視覚的特徴の位置の中間位置として、上記第１の軸に対する上記物体の位置の要素を割り出すように設けられていることを特徴とする、請求項２２を直接的にまたは間接的に引用する請求項２５に記載の表示パネル。
【請求項２７】
上記プロセッサーは、ｄ１を上記第１の軸に対する上記視覚的特徴の間の距離としたときに、上記第３の軸に対する第１の物体の位置の要素を（ｄ１．ｔａｎ（θ１））／２として割り出すように設けられていることを特徴とする請求項２６に記載の表示パネル。
【請求項２８】
第３および第４の組の上記光センサーは、方位角が上記第２の軸に沿ってそれぞれ反対の方向にある画角を備えていることを特徴とする請求項２１〜２７の何れか１項に記載の表示パネル。
【請求項２９】
上記第３および第４の組の上記光センサーの画角は、上記表示面に対し＋θ２および−θ２の仰角を有しており、上記プロセッサーは、上記第２の軸に対する上記視覚的特徴の位置の中間位置として、上記第２の軸に対する上記物体の位置の要素を割り出すように設けられていることを特徴とする、請求項２２を直接的にまたは間接的に引用する請求項２８に記載の表示パネル。
【請求項３０】
上記プロセッサーは、ｄ２を上記第２の軸に対する上記視覚的特徴の間の距離としたときに、上記第３の軸に対する第２の物体の位置の要素を（ｄ２．ｔａｎ（θ２））／２として割り出し、上記第３の軸に対する上記物体の位置を上記第１および第２の物体の位置の中間として割り出すように設けられていることを特徴とする、請求項２７を直接的にまたは間接的に引用する請求項２９に記載の表示パネル。
【請求項３１】
間隔をあけて配置された複数の光センサーと、複数の光学アレンジメントとを備えている表示パネルの、表示面に対する物体の３次元位置の割り出しに用いられる方法であって、
上記各光学アレンジメントは、上記表示面に対し垂直に入射する光が、少なくとも１つの上記光センサーに達することを防ぎ、かつ、上記表示面に斜めに入射する少なくともいくらかの光が、少なくとも１つの上記光センサーに達することができるように、少なくとも１つの上記光センサーと連携するように配置されており、
上記方法は、上記表示面上の第１および第２の軸、並びに上記表示面の原点における上記表示面と垂直な第３の軸に対して、デカルト座標成分としての上記物体の位置の割り出しを含んでいることを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は表示パネルに関する。このようなパネルは例えば、表示面の上部または下部にあり、ユーザーがコントロールする１つ以上のペン／指先／散乱物の３次元位置検出の用途とともに、光感度エリアを統合されたＴＦＴアレイに斜めに入射する光の検出に用いられる。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、画像をスクリーンに投影し、カメラが、照らされた物体と映像との相互関係を検知するという設計に基づいた内蔵型光学投影について記載されている。ユーザーは、カメラの視野の範囲で、上記映像からの定められた距離の範囲内において、操作することができる。しかしながら、上記光学構成は全システムが大きな体積（容量）を占めることとなる。
【０００３】
特許文献２には、表示モニターのスクリーンに描写された物体の３Ｄ制御のために、異なる位置で１組の検出器により検出される指向性のある照明を備える手持ちポインター装置について記載されている。
【０００４】
特許文献３には、センサー配列上に反射された光を映し出す開口光学システムなどの多様な実施形態において、表面に対する散乱体の近接情報を与えるために、光学層内部で発せられる光の全反射を利用した導波路に基づく光学タッチパッドについて記載されている。
【０００５】
特許文献４には、フレキシブルディスプレイと、上記ディスプレイに内蔵され、入力を取得するための３次元の感知層とを有する入力装置について記載されている。これによると、ユーザーが操作するペンとディスプレイとの間で接触が起こり、内蔵された抵抗物質のフレキシブルグリッドは、圧力の強さとディスプレイ上における位置を感知する。このようにして、３次元検出に必要な入力を与える。しかしながら、第３の次元は事実上圧力に置き換えられており、真に３次元の入力を構成するものではない。さらに、この構成（アレンジメント）は、３次元の入力を取り入れるのに光学的方法を用いていない。
【０００６】
特許文献５には、ディスプレイ界面に投げかけられた光の検出により、光センサーアレイを統合したディスプレイと相互作用するペンなどの物体を用いることが記載されている。光の変化特性から、上記光の変化が入力と判断されるべきものか無視されるべきものかどうかについて判定される。
【０００７】
特許文献６には、導波路の内部で反射され、その後表面・界面、またはその付近で物体により散乱される光を介して、物体の３次元の位置情報を与える光学タッチパッドについて記載されている。深さの情報は、各センサーにおいて引き起こされる信号強度の変化を介して読み出されると考えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】ＵＳ２８１５０９１３Ａ１  (Ｃａｒｒ  ＆  Ｆｅｒｒｅｌｌ  ＬＬＰ)
【特許文献２】ＷＯ２８０６５６０１Ａ２  (Ｐｈｉｌｉｐｓ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ)
【特許文献３】ＵＳ２８００７５４２Ａ１  (Ｗｉｎｔｈｒｏｐ  Ｓｈａｗ  Ｐｉｔｔｍａｎ  ＬＬＰ)
【特許文献４】ＵＳ２７１３９３９１Ａ１  (Ｓｉｅｍｅｎｓ  Ａｋｔｉｅｎｇｅｓｅｌｌｓｈａｆｔ)
【特許文献５】ＵＳ２８１００５９３Ａ１  (Ｓｈｅｍｗｅｌｌ  Ｍａｈａｍｅｄｉ  ＬＬＰ)
【特許文献６】ＵＳ２８０６６９７２Ａ１  (Ｐｌａｎａｒ  Ｓｙｓｔｅｍｓ,  Ｉｎｃ.)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
接触感応型パネルは、ユーザーが操作する物体の、ディスプレイパネルの表面における２次元位置の測定を通じて、ユーザーとの相互作用の単純化された方法を提供する。そのため、接触感応型パネルにはさらなる関心がよせられている。
【００１０】
特に、ディスプレイパネル表面の上部または下部における、ユーザーが操作する物体の３次元位置の測定は、さらに１つの自由度が加えられるため、さらに多くのユーザーとの相互作用を提供する。
【００１１】
知られている限りでは、光学的方法により、ユーザーが操作する物体の真の３次元位置の検出は実現されていない。しかしながら、従来技術からは、パネル表面の上空を舞うことと、ユーザーが操作する物体によりパネル表面を触れることとは差異があることがわかっている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の第１の特徴によると、提供される表示パネルは、
上記表示パネルの表示面に対する物体の３次元位置の割り出しに用いられる表示パネルであって、間隔をあけて配置された複数の光センサーと、複数の光学アレンジメントとを備えており、上記各光学アレンジメントは、上記表示面に対して垂直に入射する光が、少なくとも１つの上記光センサーに達することを防ぎ、かつ、上記表示面に対して斜めに入射する少なくともいくらかの光が、少なくとも１つの上記光センサーに達することができるように、少なくとも１つの上記光センサーと連携するように配置されており、上記表示パネルは、上記表示面上の第１および第２の軸、並びに上記表示面と垂直な第３の軸、および上記表示面の原点に対して、デカルト座標成分として上記物体の位置を割り出すためのプロセッサーを備えるか、または当該プロセッサーと連携している。
【００１３】
本発明の第１の特徴によると、提供される表示パネルは、
上記表示パネルの表示面に対する物体の３次元位置の割り出しに用いられる表示パネルであって、間隔をあけて配置された複数の光センサーと、複数の光学アレンジメントとを備えており、上記各光学アレンジメントは、上記表示面に対して垂直に入射する光が、少なくとも１つの上記光センサーに達することを防ぎ、かつ、上記表示面に対して斜めに入射する少なくともいくらかの光が、少なくとも１つの上記光センサーに達することができるように、少なくとも１つの上記光センサーと連携するように配置されており、上記表示パネルは、上記表示面上の第１および第２の軸、並びに上記表示面と垂直な第３の軸、および上記表示面の原点に対して、デカルト座標成分として上記物体の位置を割り出すためのプロセッサーを備え、またはプロセッサーと連携している。
【００１４】
上記各光学アレンジメントは、垂直に入射する光を、全反射によって少なくとも１つの上記光センサーからそらせるように設けられたプリズムを備えていてもよい。
【００１５】
上記各光学アレンジメントは、光が少なくとも１つの上記光センサーに達することができる、少なくとも１つの斜め方向を規定するように曲げられた複数のルーバーを備えていてもよい。
【００１６】
上記各光学アレンジメントは、回折アレンジメントを備えていてもよい。
【００１７】
上記各回折アレンジメントは、ワイヤグリッドを備えていてもよい。
【００１８】
別の方法として、上記各回折アレンジメントは、複数の干渉フィルターを備えていてもよい。
【００１９】
上記光センサーは、可視光に対して感度を有していてもよい。
【００２０】
上記表示パネルは、ディスプレイバックライトを備えており、上記光センサーは、上記表示面の前部にある物体から反射された、上記ディスプレイバックライトからの光に対して感度を有していてもよい。
【００２１】
上記光学アレンジメントは、上記表示面の後ろに２次元の配列として設けられていてもよい。
【００２２】
上記各光学アレンジメントは、少なくとも１つの上記光センサーが実質的に、上記表示面の法線に関して反対側にあり、上記表示面に対して実質的に垂直な方位角面内にある第１および第２の方向のそれぞれを実質的に中心とする第１および第２の立体角でのみ上記表示面に入射する光を受け取るように、少なくとも１つの上記光センサーと連携してもよい。
【００２３】
上記第１および第２の方向は、実質的に上記表示面の法線に対して対称であってもよい。
【００２４】
上記配列は、方位角面が互いに平行である第１のサブ配列と、方位角面が上記第１のサブ配列の方位角面に対して垂直である第２のサブ配列とを備えていてもよい。
【００２５】
上記各光学アレンジメントは、少なくとも１つの上記光センサーが、予め定められた方向を実質的に中心とする実質的に１つの立体角のみで、上記表示面に入射する光を受け取るように、少なくとも１つの上記センサーと連携してもよい。
【００２６】
上記配列は、上記第１のサブ配列の予め定められた方向の方位角成分に対し、第２から第４のサブ配列の予め定められた方位角成分が、それぞれ実質的に９０°、１８０°、２７０°となるように配置された、第１から第４のサブ配列を備えていてもよい。
【００２７】
上記光学アレンジメントは、各組の上記光センサーは同じ画角を備えており、異なる組の上記光センサーの画角は異なるように、上記光センサーの複数の組を規定するよう上記光センサーと連携してもよい。
【００２８】
上記プロセッサーは、上記センサーの組が感度を有する画像の視覚的特徴に関して、各組の上記光センサーの出力を解析し、上記視覚的特徴から上記物体の位置を割り出すように設けられていてもよい。
【００２９】
上記視覚的特徴は、最も高い光強度を感知する上記組の上記光センサーの位置を含んでいてもよい。
【００３０】
別の方法として、上記視覚的特徴は、上記組の上記光センサーによって感知される光強度の中心値の、上記表示面上における位置を含んでいてもよい。
【００３１】
第１および第２の組の上記光センサーは、方位角が上記第１の軸に沿ってそれぞれ反対の方向にある画角を備えていてもよい。
【００３２】
上記第１および第２の組の上記光センサーの画角は、上記表示面に対し＋θ１および−θ１の仰角を有しており、上記プロセッサーは、上記第１の軸に対する上記視覚的特徴の位置の中間位置として、上記第１の軸に対する上記物体の位置の要素を割り出すように設けられていてもよい。
【００３３】
上記プロセッサーは、ｄ１を上記第１の軸に対する上記視覚的特徴の間の距離としたときに、上記第３の軸に対する第１の物体の位置の要素を（ｄ１．ｔａｎ（θ１））／２として割り出すように設けられていてもよい。
【００３４】
第３および第４の組の上記光センサーは、方位角が上記第２の軸に沿ってそれぞれ反対の方向にある画角を備えていてもよい。
【００３５】
上記第３および第４の組の上記光センサーの画角は、上記表示面に対し＋θ２および−θ２の仰角を有しており、上記プロセッサーは、上記第２の軸に対する上記視覚的特徴の位置の中間位置として、上記第２の軸に対する上記物体の位置の要素を割り出すように設けられていてもよい。
【００３６】
上記プロセッサーは、ｄ２を上記第２の軸に対する上記視覚的特徴の間の距離としたときに、上記第３の軸に対する第２の物体の位置の要素を（ｄ２．ｔａｎ（θ２））／２として割り出し、上記第３の軸に対する上記物体の位置を上記第１および第２の物体の位置の中間として割り出すように設けられていてもよい。
【００３７】
本発明の第２の特徴によると、提供される方法は、間隔をあけて配置された複数の光センサーと、複数の光学アレンジメントとを備えている表示パネルの、表示面に対する物体の３次元位置の割り出しに用いられる方法であって、上記各光学アレンジメントは、上記表示面に対し垂直に入射する光が、少なくとも１つの上記光センサーに達することを防ぎ、かつ、上記表示面に斜めに入射する少なくともいくらかの光が、少なくとも１つの上記光センサーに達することができるように、少なくとも１つの上記光センサーと連携するように配置されており、上記方法は、上記表示面上の第１および第２の軸、並びに上記表示面の原点における上記表示面と垂直な第３の軸に対して、デカルト座標成分としての上記物体の位置の割り出しを含んでいる。
【００３８】
本発明の前述した目的、その他の目的、特徴、および効果は、添付図面とともに後述する発明の詳細な説明を考慮することで、より容易に理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】２次元的構成の接触感応型パネルである。
【図２】３次元的構成の接触感応型パネルである。
【図３ａ】本発明の第１の実施形態を構成する多様なＴＦＴ層の断面図である。
【図３ｂ】本発明の第１の実施形態を構成するＴＦＴ素子の断面図と光センサーの視野である。
【図４】本発明の第１の実施形態を構成する多様なＴＦＴ層の平面図である。
【図５】最適な事例を概略した第１の実施形態の動作の基本原理を示す。
【図６】本発明の第１の実施形態におけるセンサーに引き起こされる信号を示す。
【図７ａ】本発明の第１の実施形態におけるセンサーの配列に引き起こされる信号の視覚化された等高線である。
【図７ｂ】図３ａ、図３ｂ、図４に示される構造から得られる実験結果である。
【図８ａ】センサーに隣接する異なる開口層を用いた本発明の他の実施形態であり、センサーの中央入射の視野を示す。
【図８ｂ】センサーに隣接する異なる開口層を用いた本発明の他の実施形態であり、センサーの左斜め入射の視野を示す。
【図８ｃ】センサーに隣接する異なる開口層を用いた本発明の他の実施形態であり、センサーの右斜め入射の視野を示す。
【図８ｄ】感度方向のパターンを示す。
【図８ｅ】感度方向のパターンを示す。
【図９】中央入射光を遮断するためのマスクを用いた本発明の他の実施形態である。
【図１０】中央入射光を遮断するために、上部に高屈折率の物体を設けることにより実質上のレンズを設けて厚さが増大したマスクを用いた本発明の他の実施形態である。
【図１１】中央入射光を遮断するために、埋め込まれた層よりも低い屈折率のプリズムによる全反射を用いた本発明の他の実施形態である。
【図１２】図１１の実施形態と同じであるが、高い屈折率のプリズムを逆さ構造とした実施形態である。
【図１３】中央入射光を遮断するために、曲吸収型マスクを用いた本発明の他の実施形態である。
【図１４ａ】図１０の実施形態と同じであるが、隣接するセンサーに右斜め入射光および左斜め入射光を結像させるよう傍らにレンズを配置し、中央入射光を遮断するための、レンズとは分離したマスクを用いた本発明の他の実施形態である。
【図１４ｂ】１組のセンサーに対し位置合わせされ、マスク部分で隔てられたレンズを用いた本発明の他の実施形態である。
【図１５】中央入射光を遮断し、右斜めまたは左斜めからの入射光の機能を結合する手段としてワイヤグリッドを用いた本発明の他の実施形態である。
【図１６】中央入射光を遮断し、右斜めまたは左斜めからの入射光の機能を結合する手段として積層された干渉フィルターを用いた本発明の他の実施形態である。
【図１７】本発明の実施形態のプロセッサーの処理を示すフローチャートである。
【図１８】図１７に示す処理の第１の例のフローチャートである。
【図１９】図１７に示す処理の第２の例のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００４０】
図１は、ＬＣＤの表示パネル１００表面上にある物体の位置を、２次元空間で検出するための、光学的方法を用いた２次元的構成の接触感応型（touch-sensitive）パネルを示す。
【００４１】
上記の種類のシステムでは、例えば指４００または物体４０１などの１つ以上のユーザーがコントロールする光散乱体は、半透過型層である表示パネル１００およびＴＦＴ層３００を通る光を放射するバックライト部２００（ディスプレイバックライト）によって光を照射された結果、ＴＦＴ層３００から表示パネル１００を通り指４００または物体４０１で散乱された光により、表示パネルのＴＦＴ層３００内に組み込まれた光センサーアレイと相互作用する。
【００４２】
あるいは、１つ以上の、例えば４１０などのユーザーがコントロールする光放射体もまた、ＴＦＴ層３００内に組み込まれた光センサーアレイと直接的に相互作用してもよい。
【００４３】
このような種類の光センサーアレイが組み込まれたＴＦＴ３００では、複数の光散乱体または光放射体は、同時に、ＴＦＴ３００と光学的に相互作用し、また、ＴＦＴ素子３００に組み込まれた１つ以上の光センサーにより生成されたスケール化信号を表す画素化された像から、個別のパターンを持った実体として、基準または座標系５００における表示パネル１００の上に、空間的に局地化される。
【００４４】
また、ＴＦＴ素子３００は、１つ以上の光散乱体または光放射体から１つ以上の光センサーへの、散乱光または放射光の道筋を、望ましい効果によって適切な振る舞いに修正する様々な層を含んでもよい。
【００４５】
場合により、ＴＦＴ素子３００は、ＬＣＤ表示パネル１００の表示面と接触している散乱体または放射体と、ＬＣＤ表示パネル１００の表示面の上方（表示面の前部）を行き交う光散乱体または光放射体との区別を可能にする、光学的な構成を定める層を組み入れてもよい。
【００４６】
図２は、１つ以上の指４００または物体４０１などの、ユーザーがコントロールする光散乱体について、３次元的位置検出における問題を示す。ユーザーがコントロールする光散乱体は、半透明層である表示パネル１００およびＴＦＴ層３００を通る光を放射するバックライト部２００に光を照射されることにより散乱され、ＴＦＴ層３００を透過して表示パネル１００へと向かう光を用いて、表示パネルのＴＦＴ層３００内部に組み込まれた光学センサーアレイと相互作用する。
【００４７】
あるいは、１つ以上の、光放射体４１０などのユーザーがコントロールする光放射体もまた、ＴＦＴ層３００に組み込まれた光学センサーアレイと直接的に相互作用する。
【００４８】
上記の種類の、光センサーの領域を組み込まれたＴＦＴ３００では、複数の物体が、同時にＴＦＴ３００と光学的に相互作用し、また、ＴＦＴ素子３００に組み込まれた１つ以上の光センサーにより生成されたスケール化信号を表す画素化された像から、個別のパターンを持った実体として、３次元基準（またはデカルト座標）５００における表示パネル１００の上に、空間的に局地化されてもよい。
【００４９】
また、ＴＦＴ素子３００は、光散乱体または光放射体から１つ以上の光センサーへの、散乱光または放射光の道筋を、望ましい効果によって適切な振る舞いに修正する様々な層を含んでもよい。
【００５０】
ＬＣＤ表示パネル１００の表面が、１つ以上の光散乱体または光放射体によって加えられる圧力に晒された時に位置変形を可能にする柔軟な素材でできていた場合には、これにより、光センサーアレイを組み込まれたＴＦＴ３００は、ＬＣＤ表示パネル１００表面の下にあるＬＣＤ表示パネル１００表面に圧力を加えている１つ以上の光散乱体または光放射体の位置の３次元的検出を行うことができる。その結果は、ＬＣＤ表示パネル１００表面に垂直である、基準５００のＺ軸について、負の位置情報となる。
【００５１】
＜実施の形態１＞
図３ａおよび図３ｂは、例えば、英国特許公開公報ＧＢ２４３９１１８（２００７年１２月１９日公開）および英国特許公開公報ＧＢ２４３９０９８（２００７年１２月１９日公開）に開示される配置と関連して使用されるところの、本発明の第１の実施形態を示す。
【００５２】
同図では、長方形、正方形、円形、楕円形または任意の表面形状をしており、同質または非同質な表面での光−電気応答性が与えられた１つ以上のセンサー３１０が、様々な層を含むＬＣＤ表示パネルのＴＦＴ基板に組み込まれている。なお、センサー３１０はＴＦＴ基板に組み込まれていることに限定されず、また、層の構成要素の空間的な配置および層の構成要素の性質は図３の配置に限定されない。
【００５３】
図３ａに描かれた、第１の実施形態の例としての特定の構成では、例えば、１つ以上のセンサー３１０がＳｉＯ２３０６に組み込まれており、さらにＳｉＮ３０５およびＳｉＯ２３０４によって順に覆われており、その上にはマスク層３２１（第１のマスク）が堆積されている。
【００５４】
層３０３および層３０２は、その上にＩＴＯ層３０１が堆積された、平坦な層を作る。
【００５５】
層３３１（第２のマスク）は層３０１の上に堆積される。
【００５６】
ＬＣＤ表示パネル１００は、ＬＣ物質層１０２を挟む液晶配置層１０１を備えている構成である。
【００５７】
ガラス型保護層１０３は、前述の様々な層の力学的安定性を提供するために加えられている。偏光子１０４および偏光子３０７は、これらの構成要素の集合をまたいで反対側に設けられている。
【００５８】
本発明の第１の実施形態を構成する光学アレンジメントの第１の部分は、長方形、正方形、円形、楕円形、あるいは任意の形をし、センサー３１０の視野を光学的に制限する効果を持つ幅Ｗ１の開口部を形成するために、例えば、通常はコンタクト電極として使用される、拡張されたＴｉ/Ａｌ−Ｓｉ/Ｔｉ層３２１を備えている。
【００５９】
本発明の第１の実施形態を構成する光学アレンジメントの第２の部分は、単一の開口部を形成するために、例えば、長方形、正方形、円形、楕円形、あるいは、その構成によって等しいかまたは異なる幅Ｗ２３およびＷ２１を有する任意の輪形である、拡張されたＭｏ／Ａｌ層３３１を備えている。センサー３１０の視野に第２の制限を与えるために、Ｍｏ／Ａｌ層３３１の中央に位置する不透明な領域に対してセンサー３１０が位置する。それゆえ、図２の座標系または基準５００においてＺを意味する、ＬＣＤ表示パネル１００表面に垂直な方向についての極角度および方位角度に関して、望ましい角度方向を有する、開口層３２１および３３１の組み合わせにより、全体的な視野を作る。
【００６０】
上記拡張されたＭｏ／Ａｌ層３３１を備える第１の実施形態を構成する光学アレンジメントの第２の部分はまた、長方形、正方形、円形、楕円形、あるいは任意の形状をし、各開口部の構造によって等しいまたは異なる寸法を有する、２つ以上からなる１組の空間的に分離した開口部と、センサー３１０の視野に第２の制限を与えるためにセンサー３１０に対して配置された間隔Ｗ２２とを形成することができる。それゆえ、図２の座標系または基準５００においてＺを意味する、ＬＣＤ表示パネル１００表面に垂直な方向についての極角度および方位角度に関して、望ましい角度方向を有する開口層３２１および３３１の組み合わせにより、全体的な視野を作る。
【００６１】
センサー３１０上に作り出された視野は図３ｂに示されている。同図において、６０４は、センサー３１０上の入射光の最大強度の方向に相当する線６０２によって示された方向の周りに広がる、双方向性の視野を表す。それゆえ、センサー３１０は、センサー３１０を通るディスプレイの法線を跨いで反対側にある線６０２により表される第１および第２の方向を実質的に中心とする、第１および第２の立体角６０４にある光を受け取る。方向６０２は、図３ｂに描かれた平面である、等方位角面内に存在する。
【００６２】
第１の実施形態の例は、図４にさらに明確に示されている。層３２１は、１つ以上のセンサー３１０を中心とする１つ以上の長方形の開口部を提供する。層３３１は、１つ以上のセンサー３１０を中心とし、基準５００の１つの方向に距離ｄＷ３３１で空間的に隔離された２つの開口部からなる開口部の組を１つ以上提供する。
【００６３】
センサー３１０の配列を備えた、層３３１と層３３１の２つ以上の組の配置構成は、基準５００の１つの方向に対して規則的に、または層３２１および層３３１の面にある任意の方向で交互に規則的に、または基準５００の１つの方向に対して不規則的に、または層３２１および層３３１の面にある任意の方向に対して不規則的に構成される。そのような構成の２つの例が、図８ｄおよび図８ｅに示されている。同図において、線６０４は、基準５００のＸ方向またはＹ方向に対して、ＴＦＴ素子３００に組み込まれた各センサーの上の視野の方向を示す。図８ｅでは、上記センサーは、このようにして２次元配列における４つのサブ配列として配置されている。上記２次元配列において、センサーがその方位角内で光を受け取るところの（６０４に示されている）方位角成分は、第２から第４のサブ配列の方位角成分が、第１のサブ配列の方位角成分に対して、それぞれ、９０°、１８０°、および２７０°となるように配置される。
【００６４】
本明細書では、「任意の」とは、センサー３１０のある特定の視野全体を作り出すための、特定の製造工程で得られた構成からの無作為な選択、あるいは予め準備された選択とすることもできる。
【００６５】
図４に示されているように、層３２１および層３３１が、センサー３１０の中心に配置された、１つ以上の空間的に離間した開口部の組を備える特別な場合には、センサー３１０に、双方向性視野が与えられることとなる。
【００６６】
さらに、本実施形態において、上記センサーの色感受性に含まれている場合を別として、センサー３１０への入射光の波長に制限は存在しない。本実施形態は、レーザー光源、複数のレーザー光源などのとても狭い波長帯域、または、広帯域波長を使用することができる。
【００６７】
（動作原理）
図５は、図４に示された構成における動作の基本原理を示す。図５において、センサー３１０に、とても狭い双方向の視野が作り出されている。
【００６８】
ここでは、光散乱体４０２または光放射体４０３が、これらの基準５００のＺ軸に対する位置に関連して、センサー３１０に入射する光を散乱または放射する。
【００６９】
線６０２および線６０３のうちで、センサー３１０の視野角内で散乱または放射されるもののみが、センサー３１０を通る電気信号を引き起こす。
【００７０】
センサー３１０の視野の双方向性が、ただ２つのセンサー３１０の電気信号を引き起こすような、角度的に狭い、図５に描かれた理想的な場合では、２つのセンサー３１０同士の間隔は、光散乱体４０２または光放射体４０３の高さと線形的に関係している。
【００７１】
さらに具体的には、散乱体／放射体４０２は、光線４１２を散乱／放射するが、センサー３１０の狭い双方向視野内で散乱／放射される光線６０２のみが、ただ２つのセンサー３１０の電気信号を引き起こす。２つのセンサー３１０の間隔は、散乱体／放射体４０２の高さＺ２に線形的に関係する。
【００７２】
同様に、散乱体／放射体４０３は、光線４１３を散乱／放射するが、センサー３１０の狭い双方向視野内で散乱／放射される光線６０３のみが、ただ２つのセンサー３１０の電気信号を引き起こす。２つのセンサー３１０の間隔は、散乱体／放射体４０３の高さＺ３に線形的に関係する。
【００７３】
図５に示すように、２つのセンサー３１０の間隔は、センサー層３００に接続されたデータプロセッサー８００（プロセッサー）（図２に示されている）を通して得られる。データプロセッサー８００は、最大感度角度７００の角度で入射する光に対応する信号の２次元的な位置を解析する。
【００７４】
散乱体／放射体の高さＺの、間隔ｄに関する数式は、
Ｚ＝ｄ×ｔａｎ（θ）／２
と与えられる。
【００７５】
データプロセッサー８００は、表示パネルの部分を形成するかまたはそれと連携しており、表示面内の第１および第２の軸（図２のｘおよびｙ）および表示面と垂直な第３の軸（図２のｚ）について、デカルト座標成分として物体４００，４０１の位置を割り出す。上記デカルト座標系の原点（図２の（０，０，０））は、表示面上に位置している。
【００７６】
例えば、散乱体／放射体４０２について、図７ａに示された場合では、対応する高さＺ４０２は、
Ｚ４０２＝ｄ４０２×ｔａｎ（θ）／２
と与えられる。
【００７７】
センサー３１０の視野の双方向性が角度的に狭くないために、２より多い数のセンサー３１０の電気信号が引き起こされる不完全な場合では、最も重要かまたは最も大きい信号を発生するセンサー３１０同士の間隔は、なお散乱体／放射体の高さと線形的に関係している。
【００７８】
図６は、センサー３１０の視野の双方向性が角度的に狭くないために、２より多い数のセンサー３１０の電気信号が引き起こされる、不完全な場合を示す。
【００７９】
この場合はセンサー３１０の視野が狭くないため、物体４０２に対する位置３５２または物体４０３に対する位置３５３に隣接するセンサー３１０は、物体４０２または物体４０３によって散乱／放射された光を照射され、電気信号を引き起こされる。その結果、各散乱体／放射体の、基準５００の（Ｘ，Ｙ）軸（図２）に関する位置において対称的に、センサー３１０の信号の双分配が為される。また、最大となる信号を持つセンサーの間隔は、散乱体／放射体の高さに線形的に関係している。物体４０２および物体４０３についての最大のセンサー反応は、センサー位置に対する光強度５１０として、それぞれ３６２および３６３で示されている。
【００８０】
（３次元的検出）
図７ａは図６と同じ原理を示す。しかし、図７ａでは、複数のセンサー３１０の電気信号を引き起こし、物体４０２または物体４０３により散乱／放射された光により発生した信号の等高線の可視化を用いている。これにより、画素化された像を形成する。
【００８１】
ここでは、散乱体／放射体の相対的な位置は、以下のことを考察することで得られる。
【００８２】
基準５００に関する位置Ｘ：
各センサーの視野内で光を散乱／放射する各散乱体／放射体は、ディスプレイとの相互
作用によって、像の対称的なパターンを生成する。基準５００に関する位置Ｘは、生成された対称パターンのＸ方向の中間位置３５２として算出される。
【００８３】
基準５００に関する位置Ｙ：
同様に、基準５００に関する位置Ｙは、生成された対称パターンのＹ方向の中間位置３５３として算出される。
【００８４】
基準５００に関する位置Ｚ：
基準５００に関する位置Ｚは、基準５００のＸ軸またはＹ軸のうち１つまたは組み合わせの画素数または距離で定義された間隔ｄ４０２または間隔ｄ４０３に線形的に依存している。ｄ４０２またはｄ４０３の指標は、ディスプレイと相互作用する散乱体／放射体によって生成された対称的パターン内における、最大値の位置を推定することによって得られる。
【００８５】
このようにして、基準５００におけるＸ、ＹおよびＺ座標は、ディスプレイと相互作用する散乱体／放射体の位置との関係で得られる。
【００８６】
図７ｂは、前述の技術を用いて得られた実験結果を示す。ここでは、基準５００のＸおよびＹ方向に８４ミクロンの距離で分離した、６４×６４のセンサーの配列によって構成されたセンサー３１０において発生した信号から得られる対称的パターンの２つの最大値の間隔に対する、光を放射する物体の基準５００における位置Ｚがプロットされている。なお、センサー３１０の視野は、図３および図４に描かれているものと同じである。
【００８７】
図７ａに描かれた具体的な配置構成は単なる例であって、本実施形態はこれに限定されず、規則的に間隔をおいて配置されたセンサー３１０を、図４に描かれた開口層３２１および／または開口層３３１の様々な形態とともに組み入れることもできるし、不規則に間隔を置いて配置されたセンサー３１０を、図４に描かれた開口層３２１および／または開口層３３１の様々な形態とともに組み入れることもできる。
【００８８】
さらに、センサー３１０はまた、表示パネル１００の表面の上方、上、または下にある物体の、基準５００を基準とする２次元的または３次元的位置検出と類似の機能を備える他の種類のセンサーと混成することもできる。あるいはセンサー３１０は、圧力、温度、電荷、化学的構成、傾き、方向、磁場、光強度、または入射光の波長などの、物理的に測定可能な量を局地的に検出する手段として、抵抗性投影型コンデンサ、表面型コンデンサ、アクティブデジタイザ、または表面音響技術を使用する圧力感応センサーなど、表示パネル１００表面の上方、上、または下にある物体の、基準５００を基準とする２次元的または３次元的位置検出とは異なる機能を備える、同じＴＦＴマトリックス３００に組み込まれた、他の種類のセンサーと混成することもできる。
【００８９】
さらに、ＬＣＤ表示パネル１００の表面が、１つ以上の光散乱体または光放射体による圧力に晒されたときに部分的な変形が可能となる柔軟物質でできていたならば、光センサーアレイを組み込まれたＴＦＴ３００はまた、ＬＣＤ表示パネル１００の表面の下にあるＬＣＤ表示パネル１００の表面に対して圧力を及ぼす１つ以上の光散乱体または光放射体の位置の、３次元的な検出を提供し、その結果が、ＬＣＤ表示パネル１００の表面に直交する、基準５００のＺ軸についての負の位置情報となる。
【００９０】
＜実施の形態２＞
本発明の他の実施形態を図８ａ、図８ｂ、および図８ｃに示す。これらの図では、図３における層３３１に類似の、長方形、正方形、円形、楕円形、または、図３における層３２１と類似の振る舞いでセンサー３１０の視野を光学的に制限する効果を有する任意の形であって、幅がＷ３３２である開口層３３２を通る、センサー３１０の単一の視野が作り出されている。
【００９１】
図８ａでは、開口層３３２は、表示パネル１００表面への中央入射光６０５を受け取る視野を作り出すために、センサー３１０の中央に配置されている。
【００９２】
図８ｂでは、開口層３３３は、表示パネル１００表面に対して右斜め入射光６０４を主として受け取る視野を作り出すために、センサー３１０に対して右にずらして配置されている。
【００９３】
図８ｃでは、開口層３３４は、表示パネル１００表面に対して左斜め入射光６０４を、主として受け取る視野を作り出すために、センサー３１０に対して左にずらして配置されている。
【００９４】
これにより、中央入射、左斜め入射、または右斜め入射について、センサー３１０の視野を作り出す、前述の開口層の任意の組み合わせが、基準５００の（Ｘ，Ｙ）平面におけるそれらの相対位置に制限されることなく用いられる。
【００９５】
このように、基準５００のＹ方向における、任意の中央入射、左斜め入射、または右斜め入射の視野を有する個々のセンサー３１０は、基準５００のＸ方向における、任意の中央入射、左斜め入射、または右斜め入射の視野を有する他のセンサー３１０と組み合わせることができる。その具体的な構成が図８ｅに表されている。
【００９６】
特に、光散乱体／光放射体の３次元的位置検出もまた、図５および図６に表されたのと同じ技術を使用して、センサー３１０への左斜め入射および右斜め入射を原因として発生した信号から得られた、画素化された像を組み合わせることにより得ることができる。
【００９７】
さらに、図８ａ、図８ｂ、および図８ｃに表された実施形態２は、第１の実施形態の図３に表された層３２１を含むこともできる。
【００９８】
図８ａ、図８ｂ、および図８ｃに表された具体的な構成配置は単なる例の１つであり、本実施形態はこれに限定されることはなく、規則的に間を置いて配置されたセンサー３１０を、図４に描かれた層３３１と類似した様態で、様々な形態の開口層３３２，３３３および開口層３３４とともに組み入れることもできるし、不規則的に間を置いて配置されたセンサー３１０を、図４に描かれた層３３１と類似した様態で、様々な形態の開口層３３２，３３３および開口層３３４とともに組み入れることもできる。
【００９９】
さらに、センサー３１０はまた、表示パネル１００の表面の上方、上、または下にある物体の、基準５００を基準とする２次元的または３次元的位置検出と類似の機能を備える他の種類のセンサーと混成することもできる。あるいはセンサー３１０は、圧力、温度、電荷、化学的構成、傾き、方向、磁場、光強度、または入射光の波長などの、物理的に測定可能な量を局地的に検出する手段として、抵抗性投影型コンデンサ、表面型コンデンサ、アクティブデジタイザ、または表面音響技術を使用する圧力感応センサーなど、表示パネル１００表面の上方、上、または下にある物体の、基準５００を基準とする２次元的または３次元的位置検出とは異なる機能を備える、同じＴＦＴマトリックス３００に組み込まれた、他の種類のセンサーと混成することもできる。
【０１００】
さらに、本実施形態において、上記センサーの色感受性に含まれている場合を別として、センサー３１０への入射光の波長に制限は存在しない。本実施形態は、レーザー光源、複数のレーザー光源などのとても狭い波長帯域、または、広帯域波長を使用することができる。
【０１０１】
＜実施の形態３＞
センサー３１０によって双方向視野が作り出される、本発明の他の実施形態を図９に示す。
【０１０２】
本実施形態では、中央入射光は、長方形、正方形、円形、楕円形、または任意の形である幅Ｗ３３５のマスクを構成し、センサー３１０の双方向性視野を作り出す層３３５によって防がれる。
【０１０３】
本実施形態における層３２１は、図３で説明したものに等しい。
【０１０４】
層３３５による中央のマスクの効果は、主に中央入射光６０５を排除し、一方でセンサー３１０への右斜め入射光または左斜め入射光６０４の全角度的な拡がりを可能にすることである。特に、図５および図６の記述と同じ技術を使用して、光散乱体／光放射体の３次元的位置検出もまた得られる。
【０１０５】
図９に表された具体的な構成配置は単なる例の１つであり、本実施形態はこれに限定されることはなく、規則的に間を置いて配置されたセンサー３１０を、図４に描かれた層３２１および層３３１と類似した様態で、様々な形態の開口層３２１および／または開口層３３５とともに組み入れることもできるし、不規則的に間を置いて配置されたセンサー３１０を、図４に描かれた層３２１および層３３１と類似した様態で、様々な形態の開口層３２１および／または開口層３３５とともに組み入れることもできる。
【０１０６】
さらに、センサー３１０はまた、表示パネル１００の表面の上方、上、または下にある物体の、基準５００を基準とする２次元的または３次元的位置検出と類似の機能を備える他の種類のセンサーと混成することもできる。あるいはセンサー３１０は、圧力、温度、電荷、化学的構成、傾き、方向、磁場、光強度、または入射光の波長などの、物理的に測定可能な量を局地的に検出する手段として、抵抗性投影型コンデンサ、表面型コンデンサ、アクティブデジタイザ、または表面音響技術を使用する圧力感応センサーなど、表示パネル１００表面の上方、上、または下にある物体の、基準５００を基準とする２次元的または３次元的位置検出とは異なる機能を備える、同じＴＦＴマトリックス３００に組み込まれた、他の種類のセンサーと混成することもできる。
【０１０７】
さらに、本実施形態において、上記センサーの色感受性に含まれている場合を別として、センサー３１０への入射光の波長に制限は存在しない。本実施形態は、レーザー光源、複数のレーザー光源などのとても狭い波長帯域、または、広帯域波長を使用することができる。
【０１０８】
＜実施の形態４＞
センサー３１０によって双方向視野が作り出される、本発明の他の実施形態を図１０に示す。
【０１０９】
本実施形態では、中央入射光は、長方形、正方形、円形、楕円形、または任意の形である幅Ｗ３３５のマスクを構成し、センサー３１０の双方向性視野を作り出す層３３５によって防がれる。
【０１１０】
本実施形態における層３２１は、図３で説明したものに等しい。層３３５による中央のマスクの効果は、主に中央入射光６０５を排除し、一方でセンサー３１０への右斜め入射光または左斜め入射光６０４の全角度的な拡がりを可能にすることである。
【０１１１】
本実施形態において、層３３５は、内部に埋め込んだ媒質とは屈折率が著しく異なる堆積物３８１を堆積しており、レンズ型の構造を形成するため、層３３５の高さは顕著に増大している。
【０１１２】
このように、センサー３１０上に作り出された双方向性は、さらに明確にされており、センサー３１０のより強い信号を引き起こす、より多量の左斜め入射光および右斜め入射光６０４が集められる。
【０１１３】
さらに、層３３５が増大化されていなくても、図３に描かれた液晶層１０２を用いることでレンズ型の構造が達成されており、主に中央入射光６０５を排除する機能を有する。液晶層１０２では、電圧駆動型マイクロピンが液晶分子の放射型配置構成を作り出しており、それにより、液晶分子の放射型の配置構成により誘導された屈折率の変化によって、実質的なレンズの効果がもたらされるからである。
【０１１４】
特に、光散乱体／光放射体の３次元的位置検出もまた、図５および図６に示されたのと同じ技術を用いて得られる。
【０１１５】
図１０に表された具体的な構成配置は単なる例の１つであり、本実施形態はこれに限定されることはなく、規則的に間を置いて配置されたセンサー３１０を、図４に描かれた層３２１および層３３１と類似した様態で、様々な形態の開口層３２１および／または開口層３３５とともに組み入れることもできるし、不規則的に間を置いて配置されたセンサー３１０を、図４に描かれた層３２１および層３３１と類似した様態で、様々な形態の開口層３２１および／または開口層３３５とともに組み入れることもできる。
【０１１６】
さらに、センサー３１０はまた、表示パネル１００の表面の上方、上、または下にある物体の、基準５００を基準とする２次元的または３次元的位置検出と類似の機能を備える他の種類のセンサーと混成することもできる。あるいはセンサー３１０は、圧力、温度、電荷、化学的構成、傾き、方向、磁場、光強度、または入射光の波長などの、物理的に測定可能な量を局地的に検出する手段として、抵抗性投影型コンデンサ、表面型コンデンサ、アクティブデジタイザ、または表面音響技術を使用する圧力感応センサーなど、表示パネル１００表面の上方、上、または下にある物体の、基準５００を基準とする２次元的または３次元的位置検出とは異なる機能を備える、同じＴＦＴマトリックス３００に組み込まれた、他の種類のセンサーと混成することもできる。
【０１１７】
さらに、本実施形態において、上記センサーの色感受性に含まれている場合を別として、センサー３１０への入射光の波長に制限は存在しない。本実施形態は、レーザー光源、複数のレーザー光源などのとても狭い波長帯域、または、広帯域波長を使用することができる。
【０１１８】
＜実施の形態５＞
プリズム構造３８２がＴＦＴマトリックス３００またはＬＣＤ表示パネル１００の層のうち１つの層に挿入された、本発明の他の実施形態を図１１に示す。
【０１１９】
プリズム構造３８２は、それが埋まった層よりも屈折率が小さい物質によって形成されているため、通常の屈折過程によって、中央入射光６０５を全反射し、中央入射光６０５からはセンサー３１０を保護するが、左斜め入射光および右斜め入射光６０４がセンサー３１０へ伝わることは許可する。
【０１２０】
特に、図５および図６に示したのと同じ技術を用いて、光散乱体／光放射体の３次元的位置検出も得ることができる。
【０１２１】
図１１に描かれた具体的な配置構成は単なる例の１つであって、本実施形態はこれに限定されることはなく、センサー３１０を中央入射光６０５から保護するために中央入射光６０５の全反射を引き起こす、様々な形態の構造とともに、規則的に間を置いて配置されたセンサー３１０を組み入れることもできるし、または、センサー３１０を中央入射光６０５から保護するために中央入射光６０５の全反射を引き起こす、様々な形態の構造とともに、不規則的に間を置いて配置されたセンサー３１０を組み入れることもできる。
【０１２２】
さらに、センサー３１０はまた、表示パネル１００の表面の上方、上、または下にある物体の、基準５００を基準とする２次元的または３次元的位置検出と類似の機能を備える他の種類のセンサーと混成することもできる。あるいはセンサー３１０は、圧力、温度、電荷、化学的構成、傾き、方向、磁場、光強度、または入射光の波長などの、物理的に測定可能な量を局地的に検出する手段として、抵抗性投影型コンデンサ、表面型コンデンサ、アクティブデジタイザ、または表面音響技術を使用する圧力感応センサーなど、表示パネル１００表面の上方、上、または下にある物体の、基準５００を基準とする２次元的または３次元的位置検出とは異なる機能を備える、同じＴＦＴマトリックス３００に組み込まれた、他の種類のセンサーと混成することもできる。
【０１２３】
さらに、本実施形態において、上記センサーの色感受性に含まれている場合を別として、センサー３１０への入射光の波長に制限は存在しない。本実施形態は、レーザー光源、複数のレーザー光源などのとても狭い波長帯域、または、広帯域波長を使用することができる。
【０１２４】
＜実施の形態６＞
プリズム構造３８２がＴＦＴマトリックス３００またはＬＣＤ表示パネル１００の層のうち１つの層に挿入された、本発明の他の実施形態を図１２に示す。
【０１２５】
プリズム構造３８２は、それが埋まった層よりも屈折率が大きい物質によって形成されているため、通常の屈折過程によって、中央入射光６０５を反射して戻す全反射をし、中央入射光６０５からはセンサー３１０を保護するが、左斜め入射光および右斜め入射光６０４がセンサー３１０へ伝わることは許可する。
【０１２６】
特に、図５および図６に示したのと同じ技術を用いて、光散乱体／光放射体の３次元的位置検出も得ることができる。
【０１２７】
図１２に描かれた具体的な配置構成は単なる例の１つであって、本実施形態はこれに限定されることはなく、センサー３１０を中央入射光６０５から保護するために中央入射光６０５の全反射を引き起こす、様々な形態の構造とともに、規則的に間を置いて配置されたセンサー３１０を組み入れることもできるし、または、センサー３１０を中央入射光６０５から保護するために中央入射光６０５の全反射を引き起こす、様々な形態の構造とともに、不規則的に間を置いて配置されたセンサー３１０を組み入れることもできる。
【０１２８】
さらに、センサー３１０はまた、表示パネル１００の表面の上方、上、または下にある物体の、基準５００を基準とする２次元的または３次元的位置検出と類似の機能を備える他の種類のセンサーと混成することもできる。あるいはセンサー３１０は、圧力、温度、電荷、化学的構成、傾き、方向、磁場、光強度、または入射光の波長などの、物理的に測定可能な量を局地的に検出する手段として、抵抗性投影型コンデンサ、表面型コンデンサ、アクティブデジタイザ、または表面音響技術を使用する圧力感応センサーなど、表示パネル１００表面の上方、上、または下にある物体の、基準５００を基準とする２次元的または３次元的位置検出とは異なる機能を備える、同じＴＦＴマトリックス３００に組み込まれた、他の種類のセンサーと混成することもできる。
【０１２９】
さらに、本実施形態において、上記センサーの色感受性に含まれている場合を別として、センサー３１０への入射光の波長に制限は存在しない。本実施形態は、レーザー光源、複数のレーザー光源などのとても狭い波長帯域、または、広帯域波長を使用することができる。
【０１３０】
＜実施の形態７＞
本発明の他の実施形態を図１３に示す。本実施形態においては、中央入射光６０５を吸収することでセンサー３１０を中央入射光６０５から保護し、一方、左斜め入射光および右斜め入射光６０４が吸収されることなくセンサー３１０へ伝わることは許可する機能を有する曲吸収型マスク３８４を含む構造が、ＴＦＴマトリックス３００またはＬＣＤ表示パネル１００の層のうち１つの層に挿入される。曲吸収型マスク３８４はよろい板（ルーバー）で構成される。
【０１３１】
特に、図５および図６に示したのと同じ技術を用いて、光散乱体／光放射体の３次元的位置検出も得ることができる。
【０１３２】
さらに、センサー３１０はまた、表示パネル１００の表面の上方、上、または下にある物体の、基準５００を基準とする２次元的または３次元的位置検出と類似の機能を備える他の種類のセンサーと混成することもできる。あるいはセンサー３１０は、圧力、温度、電荷、化学的構成、傾き、方向、磁場、光強度、または入射光の波長などの、物理的に測定可能な量を局地的に検出する手段として、抵抗性投影型コンデンサ、表面型コンデンサ、アクティブデジタイザ、または表面音響技術を使用する圧力感応センサーなど、表示パネル１００表面の上方、上、または下にある物体の、基準５００を基準とする２次元的または３次元的位置検出とは異なる機能を備える、同じＴＦＴマトリックス３００に組み込まれた、他の種類のセンサーと混成することもできる。
【０１３３】
さらに、本実施形態において、上記センサーの色感受性に含まれている場合を別として、センサー３１０への入射光の波長に制限は存在しない。本実施形態は、レーザー光源、複数のレーザー光源などのとても狭い波長帯域、または、広帯域波長を使用することができる。
【０１３４】
＜実施の形態８＞
本発明に係る請求項の他の実施形態を図１４ａに示す。本実施形態では、１つ以上のレンズ構造３８５が、ＴＦＴマトリックス３００またはＬＣＤ表示パネル１００の内部に挿入されている。レンズ構造３８５は、中央入射光６０５をする効果を持つ１つ以上のマスク３８６と隣接する位置に設けられており、また、レンズ構造３８５は、右斜め入射光および左斜め入射光６０４については隣接するセンサー３１０上に結像する。
【０１３５】
本発明の他の実施形態を図１４ｂに示す。本実施形態では、１つ以上のレンズ構造３８５が、ＴＦＴマトリックス３００またはＬＣＤ表示パネル１００の内部に挿入されている。レンズ構造３８５は、中央入射光６０５を遮断する効果を持つ１つ以上のマスク３８６と隣接する位置に設けられており、また、レンズ構造３８５は、右斜め入射光および左斜め入射光６０４については隣接する２つのセンサー３１０上に結像する。本実施形態では、各センサーについてただひとつの視野を作り出すように、１つ以上のレンズ構造３８５が、ＴＦＴマトリックス３００またはＬＣＤ表示パネル１００の内部に、センサー３１０と隣接する位置で挿入されていてもよい。
【０１３６】
特に、図５および図６に示したのと同じ技術を用いて、光散乱体／光放射体の３次元的位置検出も得ることができる。
【０１３７】
図１４に描かれた具体的な配置構成は単なる例の１つであって、本実施形態はこれに限定されることはなく、センサー３１０を中央入射光６０５から保護するために中央入射光６０５を遮断する、様々な形態の構造とともに、規則的に間を置いて配置されたセンサー３１０を組み入れることもできるし、または、センサー３１０を中央入射光６０５から保護するために中央入射光６０５を遮断する、様々な形態の構造とともに、不規則的に間を置いて配置されたセンサー３１０を組み入れることもできる。
【０１３８】
さらに、センサー３１０はまた、表示パネル１００の表面の上方、上、または下にある物体の、基準５００を基準とする２次元的または３次元的位置検出と類似の機能を備える他の種類のセンサーと混成することもできる。あるいはセンサー３１０は、圧力、温度、電荷、化学的構成、傾き、方向、磁場、光強度、または入射光の波長などの、物理的に測定可能な量を局地的に検出する手段として、抵抗性投影型コンデンサ、表面型コンデンサ、アクティブデジタイザ、または表面音響技術を使用する圧力感応センサーなど、表示パネル１００表面の上方、上、または下にある物体の、基準５００を基準とする２次元的または３次元的位置検出とは異なる機能を備える、同じＴＦＴマトリックス３００に組み込まれた、他の種類のセンサーと混成することもできる。
【０１３９】
さらに、本実施形態において、上記センサーの色感受性に含まれている場合を別として、センサー３１０への入射光の波長に制限は存在しない。本実施形態は、レーザー光源、複数のレーザー光源などのとても狭い波長帯域、または、広帯域波長を使用することができる。
【０１４０】
＜実施の形態９＞
本発明に係る請求項の他の実施形態を図１５に示す。本実施形態では、ワイヤグリッド素子３８３（回折アレンジメント）が、中央入射光６０５を遮蔽しながら、回折によって左入射光または右入射光６０４を連結する（in-couple）ために、センサー上方において、ＴＦＴマトリックス３００またはＬＣＤ表示パネル１００の内部に挿入されている。
【０１４１】
特に、図５および図６に示したのと同じ技術を用いて、光散乱体／光放射体の３次元的位置検出も得ることができる。
【０１４２】
図１５に描かれた具体的な配置構成は単なる例の１つであって、本実施形態はこれに限定されることはなく、センサー３１０を中央入射光６０５から保護するために中央入射光６０５を遮断する、様々な形態の付加的な構造とともに、規則的に間を置いて配置されたセンサー３１０を組み入れることもできるし、または、センサー３１０を中央入射光６０５から保護するために中央入射光６０５を遮断する、様々な形態の付加的な構造とともに、不規則的に間を置いて配置されたセンサー３１０を組み入れることもできる。
【０１４３】
さらに、センサー３１０はまた、表示パネル１００の表面の上方、上、または下にある物体の、基準５００を基準とする２次元的または３次元的位置検出と類似の機能を備える他の種類のセンサーと混成することもできる。あるいはセンサー３１０は、圧力、温度、電荷、化学的構成、傾き、方向、磁場、光強度、または入射光の波長などの、物理的に測定可能な量を局地的に検出する手段として、抵抗性投影型コンデンサ、表面型コンデンサ、アクティブデジタイザ、または表面音響技術を使用する圧力感応センサーなど、表示パネル１００表面の上方、上、または下にある物体の、基準５００を基準とする２次元的または３次元的位置検出とは異なる機能を備える、同じＴＦＴマトリックス３００に組み込まれた、他の種類のセンサーと混成することもできる。
【０１４４】
さらに、本実施形態において、上記センサーの色感受性に含まれている場合を別として、センサー３１０への入射光の波長に制限は存在しない。本実施形態は、レーザー光源、複数のレーザー光源などのとても狭い波長帯域、または、広帯域波長を使用することができる。
【０１４５】
＜実施の形態１０＞
本発明に係る請求項の他の実施形態を図１６に示す。本実施形態では、複数の干渉フィルターを積層することによって構成された素子３８７（回折アレンジメント）が、センサー上方において、ＴＦＴマトリックス３００またはＬＣＤ表示パネル１００の内部に挿入されており、回折によって左入射光または右入射光６０４を連結し（in-couple）、かつ中央入射光６０５を遮蔽するように設計されている。
【０１４６】
干渉フィルターはたいてい、とても波長選択的なので、素子３８７は、ディスプレイと相互作用する光散乱体に照射するために使用される光の波長に従って、またはディスプレイと相互作用する光放射体によって放射された光の波長に従って設計される。
【０１４７】
特に、図５および図６に示したのと同じ技術を用いて、光散乱体／光放射体の３次元的位置検出も得ることができる。
【０１４８】
図１６に描かれた具体的な配置構成は単なる例の１つであって、本実施形態はこれに限定されることはなく、センサー３１０を中央入射光６０５から保護するために中央入射光６０５を遮断する、様々な形態の付加的な構造とともに、規則的に間を置いて配置されたセンサー３１０を組み入れることもできるし、または、センサー３１０を中央入射光６０５から保護するために中央入射光６０５を遮断する、様々な形態の付加的な構造とともに、不規則的に間を置いて配置されたセンサー３１０を組み入れることもできる。
【０１４９】
さらに、センサー３１０はまた、表示パネル１００の表面の上方、上、または下にある物体の、基準５００を基準とする２次元的または３次元的位置検出と類似の機能を備える他の種類のセンサーと混成することもできる。あるいはセンサー３１０は、圧力、温度、電荷、化学的構成、傾き、方向、磁場、光強度、または入射光の波長などの、物理的に測定可能な量を局地的に検出する手段として、抵抗性投影型コンデンサ、表面型コンデンサ、アクティブデジタイザ、または表面音響技術を使用する圧力感応センサーなど、表示パネル１００表面の上方、上、または下にある物体の、基準５００を基準とする２次元的または３次元的位置検出とは異なる機能を備える、同じＴＦＴマトリックス３００に組み込まれた、他の種類のセンサーと混成することもできる。
【０１５０】
さらに、本実施形態において、上記センサーの色感受性に含まれている場合を別として、センサー３１０への入射光の波長に制限は存在しない。本実施形態は、レーザー光源などのとても狭い波長帯域を使用することができる。
【０１５１】
先に述べたように、本発明の各実施形態は、図２のデータプロセッサー８００に示した種類の演算装置を含む。上記演算装置は、ディスプレイの一部を形成していてもよいし、適切な方法でディスプレイと連携し、または接続されていてもよい。上記演算装置は、デカルト座標系の要素として、表示面内の第１および第２軸（図２で示されたｘおよびｙ）と、表示面に垂直な第３軸（図２に示したｚ）と、表示面上にある原点（０，０，０）とに対する、物体の位置を割り出す。
【０１５２】
以上に述べて実施形態では、センサーの前の配置構成は、各センサーの画角を制限するために、上記センサーと連携する。それゆえ、上記配置構成は、各組のセンサーはそれぞれ同じ画角を持ち、異なる組のセンサーは異なる画角を持つようなセンサーの複数の組を定めるために、上記センサーと連携する。このような画角は、例えば、図３ｂ、図５、図８ｂ、図８ｃおよび図９から１６に、光線の軌道または方向６０４によって示されている。図８ｄおよび図８ｅは、センサーの配置構成の２つの具体例について、センサーの画角の方位角の例を示す。図８ｅに示す方位角の画角を持つセンサーを備えたタイプのパネルにおいて、物体の位置を判定するための演算装置の動作の記述を与える。 
【０１５３】
演算装置は、図１７のフローチャートに示された方法で実行する。上記演算装置は、任意の適切なフォーマットに則り、任意の適切な手段で、センサーからの出力を受け取る。例えば、上記センサーは、その出力を演算装置に供給するために、周知のアクティブマトリックススキャン技術を用いたスキャン処理を受ける。第１のステップ１２０では、同じ組の成員であって、同じ画角を持つセンサーの出力を結合させることによって、「方向性の」像が作り出される。このような方向性の像の例を図１８および図１９に示す。特に、像１２１は、表示面の垂線（水平方向に合わせられていると仮定する）に対して見下ろすように配置されたセンサーによって形成され、像１２２は表示面の垂線に対して見上げるように配置されたセンサーによって形成され、像１２３は表示面の垂線に対して右を向いた位置に配置されたセンサーによって形成され、像１２４は表示面の垂線に対して左を向いた位置に配置されたセンサーによって形成されている。
【０１５４】
演算装置は次に、像の「鍵」となる（「主要な」）視覚的特徴を抽出するために、像１２１−１２４の各々を、分割してまたは個々に演算処理する。特に、演算装置は、鍵となる特徴の位置を割り出すために、像の演算処理を行う。その処理結果は、表示面におけるデカルト座標系の軸についての、物体の３次元（３Ｄ）座標を算出するために、ステップ１２６で使用される。例えば、演算装置は、ｘ、ｙ、ｚ座標１２７として３Ｄ位置を提供するために、各方向性の像１２１−１２４から物体のｘ、ｙ座標を割り出し、ｘ、ｙ座標から物体のｚ座標を割り出す。
【０１５５】
図１７に示した演算処理技術の具体例を図１８に示す。この例において、ステップ１２５において実行された抽出は、最大強度の光を測定したセンサーの位置を割り出すように、画像１２１−１２４のそれぞれにおいてセンサーにより検知（感知）された光強度の最大値を決定するために行われる。光の強度または最大強度の位置は、画像１２１−１２４のそれぞれについて割り出される。表示面における各最大強度のセンサーの位置が、画像１２８−１３１のそれぞれに十字形で示されている。画像１２８では、最大強度の光を測定したセンサーの位置が座標（ｘＤ，ｙＤ）として与えられる。画像１２９では、最大強度の光を測定したセンサーの位置は（ｘＵ,ｙＵ）である。同様に、最大強度の光の位置が、画像１３０および画像１３１において、それぞれ、座標（ｘＲ,ｙＲ）および（ｘＬ,ｙＬ）として与えられる。
【０１５６】
ステップ１２６では、ディスプレイの画面に対する物体の位置のｘ座標およびｙ座標が、ｘ方向について座標ｘＬとｘＲの間、ｙ方向について座標ｙＵとｙＤの間、の平均位置または中間位置として算出される。従って、物体の位置のｘ座標はｘ＝（ｘＬ＋ｘＲ）/２で与えられ、物体の位置のｙ座標は（ｙＵ＋ｙＤ）/２で与えられる。
【０１５７】
パネルのすべてのセンサーは、表示面に対して同じ仰角θ（画角）の視角を持つことを前提とされるが、画角が既知であれば、このことは必須ではない。例えば、画角は、ｘ方向およびｙ方向に沿って、センサーごとに異なっていてもよい。
【０１５８】
全ての仰角が同じθである例においては、物体の位置のｚ座標は以下のように計算される。画像内における、最大の光強度の位置の間の距離は、（ｘＬ−ｘＲ）および（ｙＵ−ｙＤ）として形成される。これらの距離は、以下の表式に基づいて、第１および第２の物体の位置ｚを形成することに使用される。
ＺＬＲ＝（ＸＬ−ＸＲ）/２＊ｔａｎθ
ＺＵＤ＝（ｙＵ−ｙＤ）/２＊ｔａｎθ
物体の位置のｚ座標は、これら２つの値の中間値または平均値、（ＺＵＤ＋ＺＬＲ）/２として決定される。
【０１５９】
図１９は、物体の３次元位置を決定するために、演算装置によって実行される、演算処理技術の他の例を示す。図１９に示した技術は、図１８に示したものとは、特徴抽出のステップ１２５について異なっている。図１９の技術では、画像１２１−１２４は、それぞれ、まず、閾値画像１３２−１３５を作るために、閾値と比較するステップを受ける。具体的には、各センサーの出力が、任意の適切な方法で決定された閾値と比較される。そして、方向性の画像における実際の検知された強度値が、検知された強度が閾値を超えている場合には、１などの第１の予め決定された値に置き換えられ、検知された強度が閾値より小さいかまたは等しい場合には、０などの第２の予め決定された値に置き換えられる。上記閾値と比較するステップは１３６に示されており、光強度の「重心」または中心を形成するステップ１３７が続く。具体的には、画像１３２−１３５は、それぞれ、画像１３８−１４１に十字型で示されるように、光強度の中心を見つけるために演算処理される。光強度の中心を決定する実際の演算処理は、重心の計算と同じであるが、質量値が光強度値に置き換わったものである。
【０１６０】
次に、ステップ１２６において、図１８に示した技術と同じ方法で、３次元座標１２７が算出される。具体的には、物体の位置のｘ座標およびｙ座標が算出され、上記ｘ座標およびｙ座標から物体の位置のｚ座標が算出される。
【０１６１】
上述した本発明は、同じ方法が多くの点で違っていてもよいことは明らかである。そのような変形は、本発明の思想および目的からの逸脱とはみなされず、当業者にとって明らかであるようなすべての修正が、以下の特許請求の範囲に含まれることを意図している。
【図１】
2012529083.tif 000003
【図２】
2012529083.tif 000004
【図３ａ】
2012529083.tif 000005
【図３ｂ】
2012529083.tif 000006
【図４】
2012529083.tif 000007
【図５】
2012529083.tif 000008
【図６】
2012529083.tif 000009
【図７ａ】
2012529083.tif 000010
【図７ｂ】
2012529083.tif 000011
【図８ａ】
2012529083.tif 000012
【図８ｂ】
2012529083.tif 000013
【図８ｃ】
2012529083.tif 000014
【図８ｄ】
2012529083.tif 000015
【図８ｅ】
2012529083.tif 000016
【図９】
2012529083.tif 000017
【図１０】
2012529083.tif 000018
【図１１】
2012529083.tif 000019
【図１２】
2012529083.tif 000020
【図１３】
2012529083.tif 000021
【図１４ａ】
2012529083.tif 000022
【図１４ｂ】
2012529083.tif 000023
【図１５】
2012529083.tif 000024
【図１６】
2012529083.tif 000025
【図１７】
2012529083.tif 000026
【図１８】
2012529083.tif 000027
【図１９】
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【国際調査報告】
2012529083.tif 000029