(57)【要約】ダイナミック投射ユーザー・インターフェースは、光ビームを発生する光源と、この光ビームを受光し動的に変調して複数の表示画像を作成し、これらをキーボードにおける複数のキー上にそれぞれ投射する空間光変調器とを含む。光源と空間光変調器との間の光路に、光源からの光ビームを空間光変調器に伝えるために、光学構成が配置されている。【選択図】図１
2012519326.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ユーザー・インターフェース・デバイス１０Ａであって、
複数の作動可能なキー４１を有するキーパッド４０と、
光ビームを発生する少なくとも１つの光源１２と、
前記複数のキー上にそれぞれ投射される複数の表示画像を生成するために、前記光ビームを受光し動的に変調する空間光変調器５０と、
前記光源と前記空間光変調器との間の光路内に配置され、前記光源からの光ビームを前記空間光変調器に伝える光学構成３０と、
を含む、ユーザー・インターフェース・デバイス。
【請求項２】
請求項１記載のデバイスにおいて、前記光学構成３０が、拡大部３１と画像部３３とを有する導波路を含み、前記光源１２によって発生された光線１９が、前記拡大部において内部反射し、前記画像部から前記空間光変調器５０に透過されるように、前記光源１２および画像部３３が位置付けられた、デバイス。
【請求項３】
請求項１記載のデバイスにおいて、前記キー４１が、少なくとも１つの部分的に光透過性の部分を含み、この部分の上に、前記表示画像が投射される、デバイス。
【請求項４】
請求項３記載のデバイスであって、更に、前記１つ以上のキー４１との物理的接触を光学的に検出するように構成された撮像センサー２４を含む、デバイス。
【請求項５】
請求項４記載のデバイスであって、更に、非可視光発光部を含み、前記撮像センサー２４が、前記キーから受けた非可視光の反射を撮像するように構成された、デバイス。
【請求項６】
請求項５記載のデバイスにおいて、前記撮像センサー２４が、更に、前記キー４１の１つに対して複数の異なる入力が可能となるように、前記キーとの複数の異なるモードの物理的接触を検出するように構成された、デバイス。
【請求項７】
請求項１記載のデバイスであって、更に、前記空間光変調器と前記キーとの間に配置されたディフューザー６０を含む、デバイス。
【請求項８】
請求項１記載のデバイスにおいて、前記空間光変調器５０がＬＣＤアレイである、デバイス。
【請求項９】
請求項４記載のデバイスにおいて、前記撮像センサー２４が、前記光学構成３０からの非可視光を受光することによって、前記１つ以上のキー４１との物理的接触を検出する、デバイス。
【請求項１０】
請求項１記載のデバイスにおいて、前記複数の作動可能なキー４１が、共通表示面を含み、この共通表示面上に前記表示画像が投射される、デバイス。
【請求項１１】
請求項１記載のデバイスにおいて、前記複数の作動可能なキー４１が、複数の機械的キーを含み、その各々が、前記表示画像が投射される表示部４０４があるキー・ボタン４０２と、前記キー・ボタン４０２の動きを容易にするために前記キー・ボタン４０２と接触する動きアセンブリー４０８とを有し、前記動きアセンブリー４０８が、前記表示画像が前記表示部に投射されるときに通過するアパーチャー４１０を定める、デバイス。
【請求項１２】
請求項１記載のデバイスにおいて、前記少なくとも１つの光源１２が、複数の光源を含み、前記光学構成３０が、前記光源からの平行化光を前記キーに、前記空間光変調器５０を通じて伝える複数のレンズ３７０を含む、デバイス。
【請求項１３】
請求項２記載のデバイスであって、更に、前記１つ以上のキー４１との物理的接触を光学的に検出するように構成された撮像アレイ５１０を含み、この撮像アレイ５１０が、前記導波路の画像部分の収束境界(converging boundary)を通って透過される非可視光を受光するように位置付けられた複数の撮像センサーを含む、デバイス。
【発明の詳細な説明】
【従来技術】
【０００１】
[0001]  計算システムの機能的有用性は、その計算システムがユーザーに情報を出力する様式、およびユーザーにその計算システムに入力させる様式によって大部分が決定される。ユーザー・インターフェースは、一般に、特定のタスク、アプリケーション、プログラム、またはオペレーティング・システムの他のコンテキストに合わせて特別に作成されたときに、一層有用になりそして一層強力になる。おそらく最も広く普及している計算システムの入力デバイスは、キーボードである。キーボードは、アルファベット、数字、およびその他の表記キー(orthographic keys)を、一組の機能キーと共に備えている。これらの機能キーは、一般に、種々の計算システム・コンテキストの中でも広い有用性があるものである。しかしながら、機能キーに割り当てられている機能は、通例、計算コンテキストに依存し、異なるコンテキストによって非常に異なる機能に割り当てられる場合が多い。加えて、表記キーは、非表記機能に割り当てられることが多く、あるいは、標準的なキーボードの任意のキー上に表されている特定の表記キャラクターと必ずしも対応していない表記入力を行うために用いられなければならないことが多く、制御キー、「ａｌｔ」キー、シフト・キー等のいずれかまたはその任意の組み合わせを押し下げ続けることによってというように、同時にキーの組み合わせを入力しなければならない。これらのような要因が、キーボードの計算システム用ユーザー入力デバイスとしての機能および有用性を損なっている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００２】
[0002]  キーボードの中には、個々のキーの上面に小さな液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）画面を置くことによって、これらの問題に取り組んだものも導入されている。しかしながら、これにはそれ自体の新たな問題が数多く生じている。通例、これは、キーの各々に、それ自体の単一ツイステット・ネマティック（ＳＴＮ）ＬＣＤ画面、ＬＣＤドライバ、ＬＣＤコントローラー、およびこれら３つのコンポーネントを統合するための電子回路ボードを設ける必要がある。これらの電子回路ボードの１つは、機械的に作動させられるキーの各々の上面において、可撓性ケーブルを通じてシステム・データ・バスに接続して、キー・トラベル(key travel)の間電気接続に対処しなければならない。全てのキーは、マスター／コントローラーによって個々にアドレスされなければならず、このためには、キーの各々に対して、画像を形成するキーの上面へのＬＣＤ画像を制御する電気信号を供給しなければならない。このような構成は、非常に複雑で、脆弱で、しかも高価となりがちである。加えて、キーの各々に取り付けられる可撓性データ・ケーブルは、キーストローク毎に機械的な摩耗および摩滅を受ける。
【０００３】
[0003]  以上の説明は、一般的な背景情報について提示したに過ぎず、特許請求する主題の範囲を決定するときに補助として用いられることを意図するのではない。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
[0004]  種々の異なる実施態様において、ダイナミック投射型ユーザー・インターフェースを開示する。例示的な実施形態によれば、ダイナミック投射型ユーザー・インターフェースは、光ビームを発生する光源と、この光ビームを受光し動的に変調して複数の表示画像を作成し、これらをキーボードにおける複数のキー上にそれぞれ投射する空間光変調器とを含む。光源と空間光変調器との間の光路に、光源からの光ビームを空間光変調器に伝達するために、光学構成(optical arrangement)が配置されている。
【０００５】
[0005]  この摘要は、詳細な説明において以下で更に説明する概念から選択したものを、簡略化した形態で紹介するために設けられている。この摘要は、特許請求する主題の主要な特徴や必須の特徴を特定することを意図するのではなく、特許請求する主題の範囲を決定するときに補助として用いられることを意図するのでもない。特許請求する主題は、背景において記した欠点のうち任意のものまたは全てを解決する実施態様に限定されるのではない。  
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】図１は、例示的な一実施形態による、ダイナミック背面投射型ユーザー・インターフェース・デバイスを示す。
【図２Ａ】図２Ａは、他の例示的な実施形態による、ダイナミック背面投射型ユーザー・インターフェース・デバイスを示す。
【図２Ｂ】図２Ｂは、他の例示的な実施形態による、ダイナミック背面投射型ユーザー・インターフェース・デバイスを示す。
【図３】図３は、他の例示的な実施形態による、ダイナミック背面投射型ユーザー・インターフェース・デバイスを示す。
【図４】図４は、ダイナミック背面投射型ユーザー・インターフェース・デバイスにおいて用いることができるディスプレイ型キーのキー・アセンブリーを示す。
【図５】図５は、他の例示的な実施形態による、ダイナミック背面投射型ユーザー・インターフェース・デバイスを示す。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
[0012]  図１は、例示的な一実施形態による、ダイナミック背面投射型ユーザー・インターフェース・デバイス１０Ａを示す。ダイナミック背面投射型ユーザー・インターフェース・デバイス１０は、デバイス、計算システム、計算環境、ならびに、関連のある方法実施態様、および、例えば、計算システムによって実行可能となるように構成された、関連のある実行可能命令を可能にするコンテキストを含む実施形態を例示することができる。以下の説明では、種々の実施形態の例示的見本(sampling)を更に詳細に説明する。以下で論ずる個々の例示的な実施形態は、本開示および以下に定められた特許請求の範囲と関連のある多様性およびより広い意味を例示および指示することを意図している。
【０００８】
[0013]  図１に示すように、ダイナミック背面投射型ユーザー・インターフェース・デバイス１０Ａは、簡略化されたブロック図で描画されており、キーボード４０（個々のキー４１を含む）、光源１２、撮像コントローラー２０、および撮像センサー２４を含む。光源１２は、一例をあげると、レーザー、ＬＥＤアレイ、陰極線、または他のタイプの光源を含むことができ、任意の周波数範囲の光ビーム１９を放出するが、通例では、光ビーム１９は少なくとも部分的に可視スペクトルに入っている。図１は、ダイナミック背面投射型ユーザー・インターフェース・デバイス１０Ａの実際の光学素子や、ビーム１９の実際の経路を表そうとしているのではない。これらは、当業者の理解の範囲内で行うことができる設計選択の範囲内では容易である。むしろ、図１は、内在する概念を明確にするために、簡略化されたブロック図を示す。
【０００９】
[0014]  光ビーム１９は、ビーム経路を辿って、導波路３０の導波路連結部３２に入る。光ビーム１９の後続経路については、図２Ａおよび図２Ｂを参照しながら説明する。図１におけるダイナミック背面投射型ユーザー・インターフェース・デバイス１０Ａの描画を、後の図面における付加的な描画と相関付けることを目的として、座標系９９Ａが、図１の角に描かれている。座標系９９Ａは、キーボード４０の左から右に進むＸ方向、キーボードの底部から上部に進むＹ方向、ならびに「ページから出る方向」およびキーボード４０の平面に垂直に、下から上に進むＺ方向とを示す。
【００１０】
[0015]  キーボード４０には、キー４１の表面のいずれにも、予め印刷された固定キャラクターやシンボルを全く有していない。その代わりに、キー４１の下面または内面が半透明となり、光源が空間光変調器によって変調された後に、光源１２が放出する光ビーム１９によってキー４１の各々に一意に与えられる画像のための表示面としての役割を果たすように構成されている。これについては、図２Ａおよび図２Ｂと関連付けて更に詳しく説明する。
【００１１】
[0016]  引き続き図１を参照すると、レンズ２２が撮像センサー２４に隣接して配置されており、キー４１の表面から戻される光信号を受けて、これらを撮像センサー２４上に合焦するように構成されている。撮像センサー２４は、一例をあげると、例えば、相補金属酸化物半導体（ＣＭＯＡ）アレイで主に構成することができる。また、これは、電荷結合デバイス（ＣＣＤ）、走査ビーム系(scanned beam system)を有する単一画素光検出器、または他の任意のタイプの撮像素子というような、異なるタイプの撮像素子であってもよい。
【００１２】
[0017]  撮像コントローラー２０は、計算機（図１には示されていない）からの命令を受け取り、これらにしたがって動作するように構成されている。撮像コントローラー２０は、通信インターフェース２９を通じて、関連のある計算機と通信する。通信インターフェース２９は、例えば、ユニバーサル・シリアル・バス（ＵＳＢ）プロトコルの１つに準拠するというような、有線インターフェースを含むことができ、または多数あるワイヤレス・プロトコルのうち任意のものの形態をなすこともできる。また、撮像コントローラー２０は、撮像センサー２４によって検出された入力を、関連のある計算システムに戻すように構成されている。関連のある計算システムは、種々の異なるアプリケーションまたは他の動作コンテキストのうち任意のものを実行していることができ、特定の時点においてダイナミック背面投射型ユーザー・インターフェース・デバイス１０Ａにとって有効な出力および入力モードを決定することができる。
【００１３】
[0018]  撮像センサー２４は、導波路３０と関連付けて配置することによってというようにして、キー４１の表面から、光ビームが光源１２によって供給されている方向とは逆の方向から来る光信号を受けるように構成されている。撮像センサー２４は、したがって、キー４１の１つが押下されたときを、光学的に検出することができる。例えば、例示的な一実施形態では、撮像センサー２４は、キー４１の１つのエッジが導波路３０の表面に接近したとき、または触れたときを検出することを可能にするとよい。キー４１の表面は半透明であるので、この実施形態では、撮像センサー２４は、他の検出モードでは、導波路３０を通じた物理的接触を撮像することによって、キー４１の表面との物理的接触を光学的に検出することを可能にしてもよい。ユーザーが特定のキーに触れる前であっても、撮像センサー２４は、ユーザーの指を既に検出し、その追跡に備えることができる。撮像センサー２４は、したがって、ユーザーの指がキー４１の１つの表面に触れたときを光学的に検出することができる。これによって、ユーザーが特定のキーに接触すると直ちに、そのキーを押下されたものとして扱う能力を設けることができる。したがって、異なる検出モードおよび異なる実施形態が、１つ以上の表示面との物理的接触を光学的に検出するように撮像センサー２４を構成する種々の検出モードのうち、任意の組み合わせを設けることができる。
【００１４】
[0019]  撮像センサー２４は、更に、表示面との物理的接触の種々の異なるモードを区別するように構成することもできる。例えば、撮像センサーは、ユーザーの指の特定のキーとの物理的接触と、押下されているキーとの間で区別するように構成することもできる。これは、ユーザーがキーの１つの表面を横切って一方向または他の方向に滑らせる動きを行ったか否か、あるいはどのくらい遅くまたはどのくらい強くキーの１つが押下されたか区別することもできる。したがって、ダイナミック背面投射型ユーザー・インターフェース・デバイス１０Ａは、キー４１のうちの１つに対する種々の異なる入力を、その表示面との物理的接触の特性の関数として読み分けることを可能にすることができる。特定のキー毎のこれらの異なる入力モードは、関連のある計算システムにおいて実行するアプリケーションが異なれば、異なる方法で用いることもできる。
【００１５】
[0020]  例えば、関連のある計算システムにおいてゲーム・アプリケーションを実行している場合も考えられ、キーボード上にある特定のキーがゲームにおけるプレーヤー制御エレメントの特定の種類の動きを制御することができ、ユーザーが彼女の指をその特定のキーの上方で動かす(run)速度を用いて、ゲームにおいてその特定の種類の動きに用いられる(engage)速度を決定することができる。他の説明に役立つ例として、音楽演奏アプリケーションが実行しており、キーボード４０上にある異なるキー（または、例えば、ピアノ様式の音楽キーボード・レイアウトを有する異なるキーボード上）が音楽を演奏するための特定の音符または他の制御に対応し、ユーザーがキーの１つを叩く遅さまたは強さを検出し、例えば、柔らかくまたはうるさく鳴る特定の音符にそれを変換することができる。多くの他の可能な用法も可能であり、ダイナミック背面投射型ユーザー・インターフェース・デバイス１０Ａによってイネーブルされる異なる入力モードを利用して、アプリケーションの開発者によって自由に用いることができる。
【００１６】
[0021]  他の例示的な実施形態では、撮像センサー２４が、特定のキー４１の各々の撮像詳細に対して感度が低くてもよい。あるいは、キー４１が、ユーザーによる物理的接触の詳細を検出するには透明性が不十分であってもよく、またキー毎に複数の入力モードがあることをただ単に優先しなくてもよく、撮像センサー２４が単にキー４１の物理的変位を光学的に検出するように構成されていてもよい。これには、それ自体、キー４１の光学切り替えモードを実現するという大きな利点があるので、キーボード４０は、内部の機械的または電気的切り替えエレメントを必要とせず、キー自体以外には動き部品を必要としない。この実施形態および種々の他の実施形態では、キーは、典型的な上下の動き、およびユーザーがキーボードを素早くそして効率的に用いるときに通例拠り所とする他の触感的手がかりを可能にすることに加えて、典型的な凹形態を含むことができる。これによって、平坦面上に投射される仮想キーや、ＬＣＤ画面によって上面が占有されているために凹形態を有するのではなく平坦となっているキーよりも優れた利点が得られ、このために、効率的なタイピストがキーボードを用いるときに拠り所とする接触的手がかりがそれほど得られなくてもよい。キーの上下の動きは光学的に検出され、典型的なキーボードにおけるようなキー毎の電子スイッチや、一部のより新しいキーボードにおけるような各キーに専用とした電子回路パッケージを有さないので、キーボード４０のキー４１は、機械的摩耗および摩滅のために他のキーボードの電気スイッチまたは電子コンポーネントの劣化または動作不能が生じた後でも、長く機械的耐久性を持ち続けることができる。
【００１７】
[0022]  更に他の実施形態では、キー４１は機械的に固定されており、キーボード４０と一体化していてもよく、更に撮像センサー２４は、ユーザーがキー４１を叩くまたは押下するのを光学的に検出し、キーボード４０が可動部品を全く有さずに完全に動作でき、一方、ユーザーはキーボードの馴染みのあるキーの接触的感触の利点を得続けるように構成することができる。更に他の実施形態では、機械的キーを完全に排除してもよく、そして画像を、例えば、ディフューザー６０の表面に単に伝えて、ディフューザー６０が、ユーザー入力が光学的に検出されるタッチ・スクリーン面のように機能するようにしてもよい。
【００１８】
[0023]  図１に示すように、キーボード４０の代わりに、光源１２、投射コントローラー２０、撮像センサー２４、および導波路３０のようなコンポーネントと共に、多種多様のキーパッドを用いることもできる。例えば、図１のダイナミック背面投射型ユーザー・インターフェース・デバイス１０Ａと同様のデバイスと共に用いることができる他の種類のキーパッドは、追加の機能キーおよび数字キー専用セクションを有しより大きなキーボード、自然な手首の向き(alignment)に合わせて互いに角度が付けられており右手および左手セクションに分割されているエルゴノミクス・キーボード、専用数字キーパッド、専用ゲーム・コントローラー、ピアノの様式で８８キーのレイアウトを有する音楽キーボード、またはその省略バージョン等を含む。
【００１９】
[0024]  図２Ａおよび図２Ｂは、図１におけるような、同じダイナミック背面投射型ユーザー・インターフェース・デバイス１０Ａであるが、異なる視点で示しており、ここではデバイスを１０Ｂおよび１０Ｃと呼ぶ。図２Ａは、座標系９９Ｂを含み、一方図２Ｂは、図１で見られるのと同様の座標系９９Ａを含み、ダイナミック背面投射型ユーザー・インターフェース・デバイス１０Ａが、図１と同じ方位で示されていることを示すが、図２Ｂにおける一部切り欠き（そして更に簡略化した）バージョンでは、導波路３０の動作を例示する。また、図２Ａは、更に、側面の視点からの導波路３０の動作も論証することを意図している。座標系９９Ｂによって示されるように、図２Ａの視野は、Ｘ方向に対応し、キーボード４０の左側から右側に、この図の視野に対して垂直に「ページの奥に」向かっている。Ｙ方向は、キーボード４０の下から上に向かう方向を示し、ここでは右から左に向かう。そして、Ｚ方向は、キーボード４０の平面に対して垂直な方向を示し、ここでは、下から上に向かう。図１の描画と同様、ダイナミック背面投射型ユーザー・インターフェース・デバイス１０Ｂ、１０Ｃは、光源１２Ｂ、撮像コントローラー２０Ｂ、撮像センサー２４Ｂ、導波路連結部３２、および通信インターフェース２９Ｂを含み、図１を参照して先に説明したのと類似した機能的構成となっている。
【００２０】
[0025]  導波路３０は、拡大部３１および画像部３３を含む。拡大部３１は、光源１２から遠ざかる投射経路に沿って徐々に広がる(diverge)水平境界３４および３５（図２Ｂに示されている）と、実質的に平行な垂直境界３４および３５（図２Ａに示されている）とを有する。画像部３３は、互いに角度をなす垂直境界３６および３７を有する。光源１２Ｂは、導波路連結部３２によって、拡大部３１と繋げられるように位置付けられている。導波路連結部３２は、導波路３０の一部であり、光源１２Ｂからの光ビーム１９Ａおよび１９Ｂを拡大し、特定的に図２Ｂに見られるように、これらの光ビームをその経路に反射させて拡大部３１に送り出す。画像部３３は、キーボード４０の表示面と繋げられるように位置付けられており、プロジェクター１２Ｂによって放出された光線が、拡大部３１全域で内部反射して画像部３３に伝播し、画像部３３から空間光変調機４０およびディフューザー６０を介して伝えられるようなっており、伝えられた後、得られた画像がキー３１上に投射される。これについては、以下で更に推敲する。
【００２１】
[0026]  図２Ａがはっきりと示すように、導波路３０は実質的に平坦状であり、その画像部３３に沿って徐々に狭くなっていく。導波路３０は、一端における空間光変調器５０と他端における光源１２Ｂおよび撮像センサー２４Ｂとの間に配置されている。導波路３０およびその境界３４、３５、３６、３７は、代表的な投射光線経路１９Ａおよび１９Ｂのような光線を、拡大部３１全域における全内部反射によって伝えるように構成されており、更に、上側境界３６においてビームの中にある各光線を、臨界角度(critical angle)を超える角度で導く前に、必要に応じて、全内部反射によって光線を画像部３３の一部を通じて伝えるように構成されている。臨界角度は、ＳＬＭ５０、ディフューザー６０、およびキー４１が位置付けられている表示面に対して直交であるか、または直交に比較的近くするとよく、これによって、画像部３３の上側境界３６を通過して光線を透過させる。内部反射と透過との間で区別するための臨界角度は、導波路３０の物質ならびにその境界３６および３７のそれの双方の屈折率によって決定される。導波路３０は、例えば、アクリル樹脂、ポリカーボネート、ガラス、または光線を透過させるのに適した他の材料で構成するとよい。境界３４、３５、３６、および３７は、反射に適した任意のしかるべき光学クラッディング(optical cladding)で構成するとよい。
【００２２】
[0027]  導波路３０の数多くの異形を用いてもよい。例えば、一実施態様では、導波路は、空間を保存するために、光学的に折り曲げてもよい。
[0028]  空間光変調器５０は、到達する光ビーム１９を変調する。空間光変調器は、光学素子のアレーから成り、各素子が独立して光「バルブ」として作用して光強度を調節または変調する。空間光変調器は、それ自体の光を発生するのではなく、代わりに光源からの光を変調し（反射的または透過的のいずれかで）、表面上に投射することができる、動的に調節可能な画像を生成する。光学素子即ちバルブは、画像における各画素の強度レベルを定めるように、ＳＬＭコントローラー（図示せず）によって制御される。本実施態様では、ＳＬＭ５０によって生成された画像は、ディフューザー６０を通じて、キー４１の内面または下面に投射される。空間光変調器として用いられている技術には、液晶デバイスまたはディスプレイ（ＬＣＤ）、音光変調器、微小電気機械（ＭＥＭ）デバイスやグレーティング光バルブ（ＧＬＶ）デバイスのようなマイクロミラー・アレイが含まれる。
【００２３】
[0029]  キー４１は、表示面としての役割を果たす。表示面は、下からの光学投射のため、上から容易に見ることができる表示画像を形成するのに適しており、更に、キー４１との物理的接触の光学画像を受け入れるのに適するように、半透過性であり拡散するとよい。また、キー４１の表面には、光転向フィルムを被覆するとよく、これによって、主要な光線が、見る人に向かって直接指し示す方向に現れるように、Ｚ方向に対してある角度で画像投射光線が現れることを確保することができる。一方、光転向フィルムは、広い範囲の視野角からの表示画像の視認性を高めるために、キー表面の各々において散乱スクリーン(scattering screen)でその上面を覆うとよい。
【００２４】
[0030]  キー４１上に投射された表示画像は、計算機が第１動作コンテキストにあるときには第１組の入力制御を示し、計算機が第２動作コンテキストにあるときには第２組の入力制御を示す。即ち、１組の入力制御は、アルファベットの文字、追加の句読点マーク、および数値というような、表記キャラクターの典型的なレイアウトを、「リターン」、「バックスペース」、および「削除」というような基本的な機能キーと共に、キーボード４０の最上位列に沿った１揃いの機能キーと共に、含むことができる。
【００２５】
[0031]  機能キーは通例「Ｆ１」、「Ｆ２」、「Ｆ３」等と単純に呼ばれているが、プロジェクターは、関連のある計算機の現在の動作コンテキストによって決定されるように、任意の所与の時点において、それらの機能を明示的に示す画像を、対応するキーに供給する。例えば、通常「Ｆ１」、「Ｆ２」、「Ｆ３」などと呼ばれる機能キーの最上位行は、代わりに、関連のある計算システムにおいて現在実行中の一アプリケーションの命令にしたがって、「ヘルプ」、「セーブ」、「コピー」、「カット」、「ペースト」、「取り消し」、「再実行」、「見つけて置き換える」、「スペルおよび文法チェック」、「最大画面表示」、「名前を変えてセーブ」、「閉じる」等と明示することができる。ユーザーが外部の参考文献を参照しなければならない代わりに、または個々のアプリケーションによって割り当てられた機能キーの各々について、割り当てられた機能を覚えていなければならない代わりに、アプリケーションまたは現在適用されている他の動作コンテキストに合わせて、個々の機能を示す実際の単語がキー自体に現れる。
【００２６】
[0032]  これによって、ダイナミック背面投射型ユーザー・インターフェース・デバイス１０Ａは、局部ＬＣＤ画面または各々電子回路が関連付けられている各キー上にある他の電子制御画面によってキー表面に画像を供給するための作業(effort)とは異なるやり方(tack)を採用する。中央のソースからキーの各々における電子回路およびスクリーン・パッケージに電気信号を送るのではなく、中央ソース（例えば、光源１２）から光子を発生し、空間光変調器によって光子を光学的にキーの表面に導くことによって、ＬＣＤディスプレイおよび関連のある電子回路をキーの各々に組み込む必要性をなくす。これは、１つ以上の導波路によって光子を入り口から出口に伝えることができる光導波路技術を用いることができ、説明に役立つ例として、形状があり透明なプラスチック部品のように単純に実現することができる。これによって、とりわけ、機械的耐久性向上、防水、低コスト化というような利点が得られる。
【００２７】
[0033]  光源１２Ｂは、モノクローム光ビームを投射することができ、または異なる有色ビームの集合体を組み合わせて用いて、全色表示画像をキー４１またはキーボード４０上に生成することができる。また、光源１２Ｂは、例えば、赤外線光のような非可視形態の光を放出する非可視発光器を含むこともでき、撮像センサーは、赤外線光の反射がキー４１の表面を通じて見ることができるようになると、この反射を撮像するように構成することができる。これによって、ユーザーの指がキー４１とインターフェースしているときにどのようにしてユーザーの指を撮像し追跡することができるかについて、他の説明に役立つ例が得られるので、例えば、キーを垂直に打ち込む基本的な入力に加えて、キーの表面をさする任意の横方向を追跡することによって、キー４１の各々に、複数の入力モードを実現することができる。
【００２８】
[0034]  拡大部３１の境界３４、３５は平行であり、第２導波路セクションの境界３６、３７は互いに小さな角度が付けられているので、導波路３０は、小さな光源１２Ｂによって供給される光のビームを、実質的に平坦なパッケージを通じて伝搬し、空間光変調器５０にバックライトを与えること、そして画像を撮像センサー２４Ｂに逆に伝えることができる。したがって、導波路３０は、この例示的な実施形態によれば、撮像センサー２４Ｂが、ユーザーのジェスチャー等のような、キー４１の表面を通じて供給される画像（その１回のサンプリングのみが、図２Ａにおいて明示的に示されている）を受けることを可能にするように構成されている。これと同じように、撮像センサー２４Ｂはキー４１の物理的変位を検出することができる。図２Ａおよび図２Ｂの実施形態の具体的な詳細は、一例であり、限定を意味するのではない。例えば、後続の図において、他の例示的な実施形態がいくつか提示されている。
【００２９】
[0035]  先に説明した実施形態において、導波路３０は、ＬＣＤにバックライトを与えるために用いられる、平行化した光ビームを伝えるために用いられている。しかしながら、更に一般的には、平行化した光を伝えるためには、任意の適した光学素子または光学素子の１群を用いてもよい。例えば、コヒーレント・ファイバ・バンドル(coherent fiber bundle)、ＧＲＩＮレンズ、または全内部反射レンズを用いてもよい。図３は、複数の光源３１２、凹状ミラー３６５、および平行化レンズ３７０を用いるダイナミック背面投射型ユーザー・インターフェース３１０の一実施形態の簡略化した模式図を示す。光源３１２および平行化レンズ３７０は、ディフューザー３６０およびＬＣＤ層３５０の下にある表面上に配置されている。この例では、１つの光源、ミラー、および平行化レンズが、キー毎に設けられている。例えば、光源３１２１、ミラー３６５１、および平行化レンズ３７０１が、キー３４０１と関連付けられている。同様に、光源３１２２、ミラー３６５２、および平行化レンズ３７０２が、キー３４０２に関連付けられており、更に、光源３１２３、ミラー３６５３、および平行化レンズ３７０３がキー３４０３に関連付けられている。矢印は、光源３１２からキー３４０の表面まで光線が通過する経路を示す。この実施態様では、光源３１２がキー３４０毎に設けられているが、更に一般的には、光源３１２のキー３４０に対する任意の比率を採用してもよい。例えば、場合によっては、適正な均一性を強度に保持しつつ、４つ以上で１組のキーに１つの光源で十分なこともある。均一性は、更に、微小光学集中素子(micro-optic concentrator element)または均質化素子(homogenizer element)によって高めることもできる。図３に示す実施形態は、折り曲げアーキテクチャーであり、凹状ミラー３６５を用いて、ユーザー・インターフェース３１０の全体的な厚さを最小に抑えている。これが問題とならない他の実施形態では、ミラー３６５を排除してもよく、光源３１２を図３におけるミラー３６５の現在の位置の下に配置してもよい。
【００３０】
[0036]  キーパッド４０に採用されているキー４１は、情報の表示のために、キー・ボタンの上面に最大の目視エリアを与えるとよい。このようなキーの例が、米国特許出願第１１／２５４，３５５号および第１２／２４０，０１７号に記載されている。これらの特許出願をここで引用したことにより、その内容全体が本願にも含まれるものとする。図４は、キー・スイッチ・アセンブリーのコアを貫通する開口を最適化し、このアパーチャーを通してそしてキー・ボタンの表示エリアに画像を投射する米国特許出願第１１／２５４，３５５号および第１２／２４０，０１７号に示されているキーの機械的アーキテクチャーの断面図を示す。このアーキテクチャーは、接触フィードバック・メカニズム（例えば、ドーム・アセンブリー）をキー・ボタンの直下から、キー・スイッチ・アセンブリーの周辺または側面に移す。
【００３１】
[0037]  図４を参照すると、ユーザー入力デバイスのディスプレイ型キーのキー・スイッチ・アセンブリー４００が示されている。スイッチ・アセンブリー４００は、大部分にキー・ボタン４０２（ブロックとして概略的に示されている）を含む。キー・ボタン４０２は、表示部４０４を有し、この表示部４０４上に、文字、キャラクター、画像、ビデオ、他の印(marking)等のような表示情報を見るために、光４０６が導かれる。表示部４０４は、キー・ボタン４０２の上面に埋め込まれた別の半透明または透明な材料片とすることができ、表示部４０４の基礎をなす表面に発せられた光を、表示部４０４の上面上において読み取れることを可能にする。
【００３２】
[0038]  また、スイッチ・アセンブリー４００は、キー・ボタン４０２の垂直方向の動きを容易にするために、キー・ボタン４０２と接触する動きアセンブリー４０８（全体的にブロックとして表されている）を備えている。動きアセンブリー４０８は、アパーチャー４１０を定め、このアパーチャー４１０を通って、光４０６が表示部４０４上に投射される。加えて、キー・ボタン４０２の構造は、アパーチャー４１０がキー・ボタン構造の内部まで延長させることができるが、これは必要条件ではない。何故なら、代わりに、キー・ボタン４０２は、材料の中実なブロックとすることができ、その中に表示部４０４が埋め込まれるからである。表示部は、上面から下面まで、キー・ボタン４０２の高さ全域にわたって存在する。
【００３３】
[0039]  スイッチ・アセンブリー４００のフィードバック・アセンブリー４１２は、エラストマー製（例えば、ゴム、シリコーン等）ドーム・アセンブリー４１４を含むことができる。このドーム・アセンブリー４１４は、キー・ボタン４０２の中心軸４１６からずらされていて、接触フィードバックをユーザーに与えるために、動きアセンブリー４０８と接触している。尚、キー・スイッチ・アセンブリー４００毎に複数のドーム・アセンブリーを利用できることは言うまでもない。フィードバック・アセンブリー４１２は、オプションとして、フィードバック・アーム４１８を含むことができる。フィードバック・アーム４１８は、動きアセンブリー４０８から延出していて、キー・ボタンの下方移動時にドーム・アセンブリー４１４を押しつける。
【００３４】
[0040]  また、スイッチ・アセンブリー４００は、コンタクト・アーム４２０も含み、このコンタクト・アーム４２０は、キー・ボタン４０２が完全降下モードにあるときに、表面４２２に近接する。表面４２２と近接しているとき、コンタクト・アーム４２０を検知することができ、キー・ボタン４０２が完全降下位置にあることを示す。コンタクト・アーム４２０は、表面４２２に接触したときまたは十分に近接したときに、完全降下位置を検出することが可能になる適した態様で、キー・ボタン４０２または動きアセンブリー４０８に取り付けることができる。
【００３５】
[0041]  スイッチ・アセンブリー４００の構造は、画像をスイッチ・アセンブリー４００を通じて表示部４０４上に投射することを可能にする。したがって、光透過および画像表示に最適なアパーチャー・サイズを得るためには、できるだけ多くのハードウェアを中心軸４１６から遠ざけるように動かすことが望ましい。これをサポートするために、図示のように、キーの間に、そしてキー・ボタン４０２および動きアセンブリー４０８によって定められる全体的なフットプリントの外側に、フィードバック・アセンブリー４１２を位置付けることができる。しかしながら、他の構造設計で、フィードバック・アセンブリーをフットプリントに一層近づけるものや、フットプリントの周辺にフィードバック・アセンブリーを配置するものも、開示するアーキテクチャーの範囲に該当することは言うまでもない。更に、所望量の光４０６を表示部４０４に到達させるのに適した空間がアパーチャー４１０内に残っているのであれば、フィードバック・アセンブリー４１２は、部分的にまたは完全にアパーチャー４１０内に配置することもできることも言うまでもない。図４に示すキーに関する更なる詳細は、前述の特許出願において見いだすことができる。
【００３６】
[0042]  図５は、図１に示した画像センサー２４の位置を動かせるダイナミック背面投射型ユーザー・インターフェース３１０の他の実施形態を示す。図５では、画像またはカメラアレイ５１０が、導波路３０の画像部３３の下に配置されている。撮像アレイ５１０は、キー４１の表面からの画像を受ける一連の画像センサー５２０を含む。撮像アレイ５１０は、したがって、画像センサー２４の機能と同様のインタラクティブ機能を設けることができ、キー４１との物理的接触を検出する能力、キー４１の動きを検出する能力、および異なる種類の動きの間で区別する能力を含む。図１に示した画像センサー２４と同様、撮像アレイ５１０は、任意のタイプの撮像センサーを組み込むことができ、限定ではなく、ＣＭＯＳアレイまたはＣＣＤを含む。図示されていないが、撮像アレイ５１０とキー４１との間にある光路内には、種々の光学構成を設けることもでき、例えば、テレセントリック・レンズ構成、平行化レンズ構成、半透過性光転向フィルム、およびコンセントレータが含まれる。加えて、１つ以上の非可視光発光部を撮像アレイ５１０と関連付けることもでき、撮像アレイ５１０によって検出されている物体を照明するために用いることができる。放出される非可視光（例えば、赤外線光）は、個々の画像センサー２４によって検出可能な周波数のものでなければならない。
【００３７】
[0043]  以上、構造的特徴および／または方法論的行為に特定的な言語で、主題について説明したが、添付した特許請求の範囲において定められている主題は、以上で説明した特定の特徴や行為には必ずしも限定されないことは言うまでもない。むしろ、これら前述した特定の特徴や行為は、特許請求の範囲を実施する形態例として開示したのである。特定の例として、「コンピューター」、「計算機」、または「計算システム」という用語は、本明細書ではときとして単に便宜上用いられていることもあるが、これらの各々は任意の計算機、計算システム、計算環境、移動体デバイス、あるいは他の情報処理コンポーネントまたはコンテキストに言及することができ、個々の解釈のいずれにも限定されないことは言うまでもない。他の特定の例として、多くの実施形態では、本特許出願の出願時点において広く普及している例示的なエレメントと共に紹介したが、計算技術における多くの新たな改革が、ユーザー・インターフェース、ユーザー入力方法、計算環境、および計算方法というような態様において、異なる実施形態のエレメントに影響を及ぼすことが予見され、そして特許請求の範囲によって定められるエレメントは、これらおよびその他の改革的進歩にしたがって具体化することもでき、それでもなお本願における特許請求の範囲によって定められるエレメントとの一貫性を保っており、これらのエレメントによって包括的に含まれることが予見される。
【図１】
2012519326.tif 000003
【図２Ａ】
2012519326.tif 000004
【図２Ｂ】
2012519326.tif 000005
【図３】
2012519326.tif 000006
【図４】
2012519326.tif 000007
【図５】
2012519326.tif 000008
【国際調査報告】
2012519326.tif 000009
2012519326.tif 000010
2012519326.tif 000011
2012519326.tif 000012
2012519326.tif 000013