(57)【要約】光学入力デバイスは、少なくとも一つの光源（７）を備える少なくとも一つの光学的透明プレート（５，６）であって、光源（７）は、光学的透明プレートの周縁に位置し、周波数変調光が光学的透明プレートの内部全反射によって光学的透明プレート内に含まれるような角度で周波数変調光を光学的透明プレートの平面長に沿って光学的透明プレート（５，６）に送信するように配置および構成される少なくとも一つの光学的透明プレート（５，６）と、変調光の一部またはすべてを受信するように構成される少なくとも一つの光検出器（６ａ）と、少なくとも１つの入力機構（１２）であって、入力機構（１２）に対して機械的に移動可能に構成される光学的透明プレート（５、６）内に埋め込まれる少なくとも１つの入力機構（１２）と、少なくとも１つの光検出器（６ａ）に通信可能に結合されるディスプレイスクリーン（４）と、少なくとも１つの光検出器（６ａ）から信号を受信し、ディスプレイスクリーン（４）に表示される情報を表すデータを生成するための処理モジュール（２９）と、を備え、光学入力デバイスは、光学的透明プレート（５,６）に対する入力機構（１２）の機械的移動と光学的透明プレート（５，６）への加圧の両方が、少なくとも一つの光検出器（６ａ）によって受信される周波数変調光にそれぞれの変化を生成するように構成され、少なくとも１つの光検出器（６ａ）によって受信される周波数変調光の変化により、処理モジュールは、ディスプレイスクリーン（４）に表示される情報の変化を表すデータを生成する。【選択図】図３
2020514933.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学入力デバイスであって、
少なくとも１つの光源を備える少なくとも１つの光学的透明プレートであって、前記光源は、前記光学的透明プレートの周縁に位置し、周波数変調光が前記光学的透明プレートの内部全反射によって前記光学的透明プレート内に含まれるような角度で前記周波数変調光を前記光学的透明プレートの平面長に沿って前記光学的透明プレートに送信するように配置および構成される少なくとも１つの光学的透明プレートと、
前記周波数変調光の一部またはすべてを受信するように構成される少なくとも一つのセンサと、
少なくとも１つの入力機構であって、前記入力機構に対して機械的に移動可能に構成される前記光学的透明プレート内に埋め込まれる少なくとも１つの入力機構と、
少なくとも１つの前記光検出器に通信可能に結合されるディスプレイスクリーンと、
少なくとも１つの前記光検出器から信号を受信し、前記ディスプレイスクリーンに表示される情報を表すデータを生成するための処理モジュールと、を備え、
前記光学入力デバイスは、前記光学的透明プレートに対する入力機構の機械的移動と前記光学的透明プレートへの加圧の両方が、少なくとも一つの前記光検出器によって受信される前記周波数変調光にそれぞれの変化を生成するように構成され、前記少なくとも１つの前記光検出器によって受信される前記周波数変調光の変化により、前記処理モジュールは、前記ディスプレイスクリーンに表示される情報の変化を表すデータを生成する光学入力デバイス。
【請求項２】
請求項１に記載の光学入力デバイスにおいて、前記センサは、光検出器である光学入力デバイス。  
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の光学入力デバイスにおいて、さらに光学的分散ベースプレートを備え、前記光学的分散ベースプレートは、少なくとも１つの前記光検出器が前記光学的分散ベースプレートの周縁部に位置し、前記ディスプレイスクリーンは、前記光学的分散ベースプレートの下に位置する光学入力デバイス。
【請求項４】
請求項３に記載の光学入力デバイスにおいて、正確に２つの前記光学的透明プレートを備え、前記各光学的透明プレートは、前記光学的透明プレートの周縁に位置する少なくとも１つの光源を有し、少なくとも１つの前記光源は、周波数変調光が前記光学的透明プレートの内部全反射によって前記光学的透明プレート内に含まれるような角度で前記周波数変調光を前記光学的透明プレートの平面長に沿って送信するように配置および構成され、一方の前記光学的透明プレート内に含まれる前記周波数変調光は、他方の前記光学的透明プレート内の前記周波数変調光とは異なる周波数で変調される光学入力デバイス。
【請求項５】
請求項３に記載の光学入力デバイスにおいて、前記光学入力デバイスは、実質的に円筒形で光学的に透明な回転ダイヤルである光学入力デバイス。
【請求項６】
請求項５に記載の光学入力デバイスにおいて、前記回転ダイヤルは、前記回転ダイヤル内に中心からずれて位置し、前記光学的分散ベースプレートに向かって下向きに傾斜する傾斜リフレクタをさらに備え、前記傾斜リフレクタは、少なくとも１つの前記光源からの入射光を下方へ前記光学的分散ベースプレートに伝達し、前記光の強度は、少なくとも１つの前記光検出器に向かって移動するときに分散される光学入力デバイス。
【請求項７】
請求項６に記載の光学入力デバイスにおいて、前記回転ダイヤルは、前記光学的透明ダイヤル内に位置し、前記回転ダイヤルと同じ中心軸を共有し、互いに前記中心軸の周りに反対方向に回転可能な少なくとも２つの同心格子リング、内側格子リング、および外側格子リングをさらに備える光学入力デバイス。
【請求項８】
請求項７に記載の光学入力デバイスにおいて、前記外側格子リングは、光学的透明開口部を複数備える光学入力デバイス。
【請求項９】
請求項７に記載の光学入力デバイスにおいて、前記内側格子リングは、単一の光学的透明開口部を備える光学入力デバイス。
【請求項１０】
請求項９に記載の光学入力デバイスにおいて、前記内側格子リングの前記単一の光学的透明開口部は、前記傾斜リフレクタの位置に合わせて固定される光学入力デバイス。
【請求項１１】
請求項３に記載の光学入力デバイスにおいて、前記入力機構は、不透明な円周側面と円形上面とを有するほぼ円筒形のプッシュスイッチであり、前記プッシュスイッチが、開構成と閉構成との間で遷移可能に構成される光学入力デバイス。
【請求項１２】
請求項１１に記載の光学入力デバイスにおいて、前記プッシュスイッチは、前記プッシュスイッチの内周面を周回するほぼ円形の傾斜リフレクタをさらに備え、前記傾斜リフレクタは、前記光学的分散ベースプレートに向かって下向きに傾斜する光学入力デバイス。
【請求項１３】
請求項１２に記載の光学入力デバイスにおいて、前記プッシュスイッチは、前記周側面に少なくとも１つの光学的透明開口部をさらに備える光学入力デバイス。
【請求項１４】
請求項１３に記載の光学入力デバイスにおいて、前記プッシュスイッチが前記開構成である場合、前記光学的透明開口部は、前記光学的分散ベースプレートに光が伝達されないように前記傾斜リフレクタとずれる光学入力デバイス。
【請求項１５】
請求項１２に記載の光学入力デバイスにおいて、前記プッシュスイッチが前記閉構成である場合、前記光学的透明開口部は、光が前記光学的分散ベースプレートに伝達されるように、前記傾斜リフレクタと位置合わせされる光学入力デバイス。
【請求項１６】
請求項１１から１５のいずれか一つに記載の光学入力デバイスにおいて、前記プッシュスイッチの円形上面への加圧は、前記プッシュスイッチを前記開構成から前記閉構成に遷移させる光学入力デバイス。
【請求項１７】
請求項１に記載の光学入力デバイスにおいて、前記入力機構は、ほぼ円筒形の光学的に透明な回転ダイヤルから成り、前記回転ダイヤルは、前記回転ダイヤルの周側面に固定される少なくとも１つの湾曲したリフレクタを備える光学入力デバイス。
【請求項１８】
請求項１７に記載の光学入力デバイスにおいて、前記光学的透明プレートは、複数の光送信機と受信機のペアに囲まれる光学入力デバイス。
【請求項１９】
請求項１に記載の光学入力デバイスにおいて、前記入力機構は、光学的に透明なほぼ円筒形の回転ダイヤルであり、中心からずれて前記回転ダイヤルを通る光学的分散ロッドを備える光学入力デバイス。
【請求項２０】
請求項１９に記載の光学入力デバイスにおいて、前記光学的透明プレートは、交互の光送信機と受信機のペアに囲まれており、各前記光送信機は、前記各光受信機の幾何学的に反対側にある光学入力デバイス。
【請求項２１】
請求項１から２０のいずれか一つに記載の光学入力デバイスにおいて、前記入力機構は、さらにローカル電源、エンコーダ、およびローカル光源を備える光学入力デバイス。
【請求項２２】
請求項２１に記載の光学入力デバイスにおいて、前記ローカル電源は、バッテリーセルとソーラーセルを備える光学入力デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、光学入力デバイスに関し、光学入力デバイスは、タッチ検出ディスプレイスクリーンを用いた触覚ユーザ対話のためのものであり、より具体的には、必ずしも排他的ではないが、回転ダイヤル、スイッチ、スライダー、ジョイスティック、圧力パッドなど、または任意の組み合わせなどの光学触覚入力デバイス（以下、触覚デバイスと呼ぶ）のためのものであり、透明プレートに取り付けでき、特に限定されるものではないがＬＣＤまたはＯＬＥＤディスプレイなどの光学ディスプレイスクリーンの前に配置でき、これにより、触覚デバイスは、ディスプレイを大きく遮ることなく、電子システムへの入力を提供できる。
【背景技術】
【０００２】
ユーザインターフェイスを強化するための電子デバイスでのディスプレイの使用は、ますます普及しており、その一部はタッチ検出でもある。従来のタッチスクリーン構成は、ディスプレイ表面またはスクリーン、およびディスプレイ表面上に配置された透明なタッチ検出面を備えてもよい。ユーザ対話（人差し指やスタイラスを透明な表面の任意の位置に配置するなど）とディスプレイスクリーンとの伝達を可能にする技術は、抵抗性、容量性、または光学技術を含む。これらのタッチスクリーンは、多数のアプリケーションに使用できる動的なソフトウェア構成可能なユーザインターフェイスを提供する。しかし、タッチスクリーン自体は、触覚フィードバックに関してユーザにほとんど提供しない。携帯電話やタブレットなどの特定の種類の一般的な電子デバイスでは、触覚（haptic）または触覚（tactile）フィードバックの必要性は、ディスプレイ/タッチスクリーンの完全な柔軟性と均一性の利点に劣る。しかし、タッチスクリーン/パネルの使用が本質的に非常に具体的であるアプリケーション、または電気/電子機器、機械またはテスト機器の制御のようなタスクの単一セット専用のアプリケーションでも、ユーザに何らかの形の触覚フィードバックを提供することが望ましいが、ディスプレイの完全な構成可能性はあまり求められない場合がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
現在のシステムでは、ユーザにタッチおよび/または従来のスイッチ、ボタン、スライダー、ラジアルダイヤルなどの組み合わせを与えることができ、これらの触覚デバイスは、ディスプレイスクリーンに隣接または近くに配置できるがディスプレイスクリーンの前には配置できない。これは、これらの純粋な触覚デバイスは、本質的に電気/電子である傾向があるため、機能動作の一部としてワイヤが取り付けられているからである。それらがディスプレイの前に配置された場合、少なくとも審美的な目的のためにワイヤを隠す必要がある。これは、通常、ディスプレイに穴を開けてワイヤを通すことで実現される。あるいは、ワイヤは、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）などの透明な素材で作成するか、完全に取り外して代わりに無線通信を利用できる。しかし、これらのアプローチは、高価であり、操作と製造だけでなく、例えば穴の数、サイズ、場所などユーザのカスタマイズに関する柔軟性の程度など、固有の課題と欠点がある。
【０００４】
本発明の態様の目的は、これらの問題の少なくともいくつかに対処し、光学技術を使用して、費用効果が高く信頼できる触覚デバイスまたは触覚デバイスのグループであって、より効果的で快適なユーザエクスペリエンスを提供するためにディスプレイを大幅に隠さずに既存のディスプレイ上の任意の場所に配置でき、デバイス自体の周囲および/または内部の両方でディスプレイの利点を最大限に活用できる触覚デバイスまたは触覚デバイスのグループを提供することである。デバイスは、白物家電のコントロールパネルや家庭用コントローラーなど、何らかの触覚入力の形が求められる電気/電子システムで使用できる。デバイスは、タッチ検出および触覚のハイブリッドデバイスインターフェイスを提供するタッチパネルまたはスクリーンと組み合わせて、またはその一部として使用できる。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
ここで説明する触覚デバイスは光学技術に基づいているため、デバイスの背後にあるディスプレイの使用可能な領域と外観を妨げる可能性のある可視通信または電源供給パスを必要としない。また、触覚デバイスは、光学タッチスクリーン技術と組み合わせて効率的に使用して、触覚入力デバイスとタッチ検出のハイブリッドインターフェイス機能を提供できる。
【０００６】
本発明の一態様によれば、以下を含む光学入力デバイスが提供され、光学入力デバイスは、
少なくとも１つの光源を備える少なくとも１つの光学的透明プレートであって、前記光源は、前記光学的透明プレートの周縁に位置し、周波数変調光が前記光学的透明プレートの内部全反射によって前記光学的透明プレート内に含まれるような角度で前記周波数変調光を前記光学的透明プレートの平面長に沿って前記光学的透明プレートに送信するように配置および構成される少なくとも１つの光学的透明プレートと、
前記周波数変調光の一部またはすべてを受信するように構成される少なくとも一つのセンサと、
少なくとも１つの入力機構であって、前記入力機構に対して機械的に移動可能に構成される前記光学的透明プレート内に埋め込まれる少なくとも１つの入力機構と、
少なくとも１つの前記光検出器に通信可能に結合されるディスプレイスクリーンと、
少なくとも１つの前記光検出器から信号を受信し、前記ディスプレイスクリーンに表示される情報を表すデータを生成するための処理モジュールと、を備え、
前記光学入力デバイスは、前記光学的透明プレートに対する入力機構の機械的移動と前記光学的透明プレートへの加圧の両方が、少なくとも一つの前記光検出器によって受信される前記周波数変調光にそれぞれの変化を生成するように構成され、前記少なくとも１つの前記光検出器によって受信される前記周波数変調光の変化により、前記処理モジュールは、前記ディスプレイスクリーンに表示される情報の変化を表すデータを生成する光学入力デバイス。
【０００７】
任意で、本発明の例示的な一実施形態によれば、前記センサは、光検出器であってもよい。  
【０００８】
本発明の例示的な一実施形態によれば、前記光学入力デバイスは、さらに光学的分散ベースプレートを備えてもよく、前記光学的分散ベースプレートは、少なくとも１つの前記光検出器が前記光学的分散ベースプレートの周縁部に位置し、前記ディスプレイスクリーンは、前記光学的分散ベースプレートの下に位置する。
【０００９】
任意で、前記光学入力デバイスは、正確に２つの光学的透明プレートを備えてもよい。各光学的透明プレートは、前記光学的透明プレートの周縁に位置する少なくとも１つの光源を有してもよく、少なくとも１つの光源は、周波数変調光が前記光学的透明プレートの内部全反射によって前記光学的透明プレート内に含まれるような角度で周波数変調光を前記光学的透明プレートの平面長に沿って送信するように配置および構成されてもよく、一方の前記光学的透明プレート内に含まれる前記周波数変調光は、他方の前記光学的透明プレート内の前記周波数変調光とは異なる周波数で変調されてもよい。
【００１０】
例示的な一実施形態によれば、前記光学入力デバイスは、実質的に円筒形で光学的に透明な回転ダイヤルであってもよい。任意で、前記回転ダイヤルは、前記回転ダイヤル内に中心からずれて位置し、前記光学的分散ベースプレートに向かって下向きに傾斜する傾斜リフレクタをさらに備えてもよく、前記傾斜リフレクタは、少なくとも１つの前記光源からの入射光を下方へ前記光学的分散ベースプレートに伝達してもよく、前記光の強度は、少なくとも１つの前記光検出器に向かって移動するときに分散されてもよい。
【００１１】
任意で、例示的な一実施形態によれば、前記回転ダイヤルは、前記光学的透明ダイヤル内に位置し、前記回転ダイヤルと同じ中心軸を共有し、互いに前記中心軸の周りに反対方向に回転可能な少なくとも２つの同心格子リング、内側格子リング、および外側格子リングをさらに備えてもよい。任意で、前記外側格子リングは、光学的透明開口部を複数備えてもよい。さらに、前記内側格子リングは、単一の光学的透明開口部を備えてもよい。
【００１２】
例示的な一実施形態によれば、前記内側格子リングの前記単一の光学的透明開口部は、前記傾斜リフレクタの位置に合わせて固定される。
【００１３】
本発明の例示的な第二実施形態によれば、前記入力機構は、不透明な円周側面と円形上面とを有するほぼ円筒形のプッシュスイッチであってもよく、前記プッシュスイッチが、開構成と閉構成との間で遷移可能に構成されてもよい。
【００１４】
任意で、前記プッシュスイッチは、前記プッシュスイッチの内周面を周回するほぼ円形の傾斜リフレクタをさらに備えてもよく、前記傾斜リフレクタは、前記光学的分散ベースプレートに向かって下向きに傾斜する。前記プッシュスイッチは、前記周側面に少なくとも１つの光学的透明開口部をさらに備えてもよい。
【００１５】
任意で、本発明の例示的な第二実施形態によれば、前記プッシュスイッチが前記開構成である場合、前記光学的透明開口部は、前記光学的分散ベースプレートに光が伝達されないように前記傾斜リフレクタとずれてもよい。前記プッシュスイッチが前記閉構成である場合、前記光学的透明開口部は、光が前記光学的分散ベースプレートに伝達されるように、前記傾斜リフレクタと位置合わせされてもよい。
【００１６】
例示的な第二実施形態によれば、前記プッシュスイッチの円形上面への加圧は、前記プッシュスイッチを前記開構成から前記閉構成に遷移させる。
【００１７】
本発明の例示的な第三実施形態によれば、前記入力機構は、ほぼ円筒形の光学的に透明な回転ダイヤルから成ってもよく、前記回転ダイヤルは、前記回転ダイヤルの周側面に固定される少なくとも１つの湾曲したリフレクタを備える。前記光学的透明プレートは、複数の光送信機と受信機のペアに囲まれてもよい。
【００１８】
本発明の例示的な第四実施形態によれば、前記入力機構は、光学的に透明なほぼ円筒形の回転ダイヤルであってもよく、中心からずれて前記回転ダイヤルを通る光学的分散ロッドを備えてもよい。前記光学的透明プレートは、交互の光送信機と受信機のペアに囲まれてもよく、各前記光送信機は、前記各光受信機の幾何学的に反対側にあってもよい。
【００１９】
本発明の例示的な実施形態のいずれかによれば、前記入力機構は、さらにローカル電源、エンコーダ、およびローカル光源を備えてもよい。前記ローカル電源は、バッテリーセルとソーラーセルを備えてもよい。
【００２０】
本発明のこれらの態様および他の態様は、以下の説明から明らかになるであろう、該説明では、本発明の実施形態が例としてのみ説明され、添付の図面が参照される。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の例示的な実施形態と共に使用するのに適した従来技術のタッチ検出スクリーンを示す概略図である。
【図２】タッチ検出ディスプレイスクリーンに埋め込まれるパッシブ回転ダイヤルの形態の本発明の例示的な実施形態による触覚入力デバイスの概略斜視図である。
【図３】図２のパッシブ光学回転ダイヤルの概略断面図である。
【図４】図２のパッシブ回転ダイヤルの内側部分を示す概略分解図である。
【図５】図２の回転ダイヤルの例示的な実施形態の代替のパッシブ回転ダイヤルの形態の、本発明の第２の例示的な実施形態による触覚入力デバイスの概略平面図である。
【図６】本発明の第２の例示的な実施形態によるトリプルプレートタッチ検出ディスプレイスクリーン構成に基づく本発明の例示的な実施形態によるパッシブ光学回転ダイヤルの概略断面図である。
【図７】デュアルプレート構成に基づく本発明のさらに別の例示的な実施形態によるパッシブ光学プッシュボタンスイッチの概略断面図である。
【図８】デュアルプレート構成に基づく本発明の別の例示的な実施形態によるアクティブ光学回転ダイヤルの概略断面図である。
【図９】単一プレート構成に基づく、本発明の別の例示的な実施形態によるパッシブ光学回転ダイヤルの概略平面図である。
【図１０】本発明の第６の例示的な実施形態による単一プレート構成に基づく、本発明の別の例示的な実施形態によるパッシブ光学プッシュボタンスイッチの概略断面図である。
【図１１】単一プレート構成に基づく本発明の別の例示的な実施形態によるアクティブ光学回転ダイヤルの概略断面図である。
【図１２】グリッドオブビーム構成の単一のプレートに基づく本発明の別の例示的な実施形態によるパッシブ光学回転ダイヤルの概略平面図である。
【図１３】グリッドオブビーム構成の単一のプレートに基づく本発明の別の例示的な実施形態によるパッシブ光学回転ダイヤルの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
ここで、基礎となる技術を図面の図１を参照して説明する。図１には、本発明の使用に適した既知のスクリーンの例示的な実施形態が示される。光学的透明プレート５、６は、低屈折率ギャップ９によって分離される。トッププレート５は、実質的に長方形の形状であり、複数の光源７に囲まれる。これらの光源は、具体的にはＬＥＤ光源７であってもよいが、当該分野で公知の任意の適切な光源（ＯＬＥＤ、レーザーなど）であってもよい。光源７は、周波数変調光を所定の角度で均一に入射する。この角度は、光が全反射（ＴＩＲ）によってトッププレート内に含まれるような角度である。ＴＩＲの発生に必要な特定の角度は、トッププレート５の作成に使用される材料によって決まり、「臨界角」として知られる。これは、トッププレート５と低屈折率ギャップ９の屈折率がわかっている場合、スネルの法則を使用して簡単に計算できる。ユーザの指またはタッチスクリーンスタイラス８によるトッププレート５との接触は、トッププレート５内の全反射を妨げ、一部の漏れ光１０が接触位置で低屈折率ギャップ９に放射されることを可能にする。
【００２３】
ボトムプレート６には、光散乱粒子１１が僅かにドープされる。トッププレートからの漏れ光１０は、低屈折率ギャップ９を通過してボトムプレート６に入る。次いで、漏れ光１０は、ＴＩＲによってボトムプレート６内に捕捉される。光１０がボトムプレート６の長さに沿って進むにつれて、光散乱粒子１１に入射する。これらの光散乱粒子１１は、入射する漏れ光１０を散乱させ、ボトムプレート６の内面への入射角を変化させ、これにより散乱光がボトムプレート６から出ることを可能にする。光１０は、ボトムプレート６に沿って移動した距離の関数として消散する。ボトムプレート６の縁に到達する光は、光検出器６ａなどのセンサに検出される。光検出器６ａは、ボトムプレート６の周囲全体に位置し、ボトムプレートの中心に内向きに面する。光検出器６ａの位置が既知であり、相対光強度が検出されるので、コンピュータは接触点の正確な位置を計算できる。
【００２４】
純粋に、例として、この技術の様々な実施形態、およびそれらが動作する方法は、ＷＯ２０１５ / １５５５０８に記載される。しかし、他の光学タッチスクリーン技術が本発明の態様での使用に適する可能性があり、したがって、本発明は必ずしもこの点に関して限定されることを意図していないことが理解されよう。
【００２５】
図面の図２、３および４には、光学タッチ検出スクリーンのトッププレート５の表面に回転ダイヤル１２が埋め込まれている本発明の第１の例示的な実施形態が示される。この例示的な実施形態において、図面の図１を参照して説明されるように、タッチ検出スクリーンは、間に低屈折率の材料の層がある２層の光学的透明プレート５、６を備える。ディスプレイスクリーン４は、ＬＥＤまたはＯＬＥＤディスプレイスクリーンに限定されないがこのような既知のディスプレイスクリーンを含むタッチ検出スクリーンの下に配置できる。光は、デバイスの周囲に均等に位置する複数のＬＥＤ７によってトッププレート５に均等に入射される。この光は、前と同様にＴＩＲによってトッププレート５内に含まれる。
【００２６】
ダイヤル１２は、実質的に円筒形状であり、トッププレート５に埋め込まれ低屈折率ギャップ９に到るまでトッププレート５を貫通する。傾斜リフレクタ１４は、回転ダイヤル１２内に位置し、ほぼ直角三角形の断面を有する。リフレクタの垂直壁１４ａは、トッププレート５にほぼ隣接し、トッププレート５の縁に向かって外向きに面する。リフレクタ１４の水平壁１４ｂは、低屈折率ギャップ９に隣接し、ボトムプレート６に向かって下向きに面する。傾斜壁は、入射光を低屈折率ギャップ９に向かって下方に反射してボトムプレート６に入射させるような角度である。
【００２７】
図１のタッチスクリーンに関連して前述したように、タッチ位置は、ボトムプレート６の周りに位置する光検出器６ａによって検出される光強度によって判定され、回転ダイヤルの相対位置は同様の方法によって判定できる。図面の図４を特に参照すると、回転ダイヤルは、光パルス生成機構をさらに備え、光パルス生成機構は、一対の同心の不透明な円形格子リング、すなわち内側リング２１および外側リング２０、から構成される。外側リング２０は、リングの周りに等間隔で離間する光学的透明開口部１９（optically transparent apertures）を備える。内側リングは、リング内の位置であってリフレクタ１４と揃う位置に位置する単一の光学的透明開口部１８（optically transparent aperture）のみを備える。
【００２８】
特に図面の図４を参照すると、２つのリング２０、２１は、互いに反対方向に回転してもよい。内側リング２１は、回転ダイヤル１２に固定され、開口部１８が常にリフレクタ１４に揃うように位置合わせされる。光源７から外側リング２０に入射する光は、開口部１８、１９が揃う時にのみリフレクタ１４に入射する。したがって、使用中、回転ダイヤルが回されている間、光は一連のパルス１５でリフレクタ１４に入射する。光パルス１５は、図面の図３に最もよく示される。
【００２９】
必要のないときに光パルスが生成されないことを確実にするために、開口部１８、１９が常に揃う、または常に完全に揃わない位置に停止する機構を備えることが望ましい。これは、例えば鋸歯状クリック機構または円周方向に配置される複数の磁石など、それらの技術分野で知られるような機械的構成によって行うことができ、本発明はこの点に限定されるものではない。
【００３０】
図面の図４では、外側および内側格子リング２０、２１は、合同図で示される。これは、構成部品のみを明確に示すためであり、少なくとも図示の例示的な実施形態では、使用中に、２つのリング２０、２１が同じ平面高さに取り付けられることを理解されたい。
【００３１】
上記の例では、内側リング２１を通る単一の開口部１８およびリフレクタ１４のみが示されるが、当業者には複数の開口部１８およびリフレクタ１４を使用してもよいことは明らかであろう。光パルス１５は、僅かにドープされたボトムプレート６に向かって低屈折率ギャップ９を介して下方向に向けられ、ボトムプレート６は前と同様に光を散乱し、それにより回転ダイヤルの回転位置を判定できる。
【００３２】
したがって、先行技術のデバイスとは対照的に、配線を必要としない完全な光学触覚入力デバイスが提供される。これは、ディスプレイを遮るだろうワイヤがもはや無いことを意味し、したがって、本発明は、よりクリーンでより統合されるディスプレイの提供を容易にする。当業者には、リフレクタ１４の代わりにリフレクタ、拡散器、回折器、またはそれらの任意の組み合わせのような光学素子を使用できることは明らかであろう。
【００３３】
回転ダイヤル１２は純粋に光学的であるため、ディスプレイはダイヤル自体を通して見ることができ、異なるディスプレイをダイヤル上に表示できる。たとえば、ダイヤルが洗濯機のディスプレイで使用される場合、ダイヤル自体は、ダイヤルの相対位置によって選択される洗浄サイクルを表示できる。
【００３４】
代替実施形態では、図面の図５を参照すると、光パルス生成機構は固定格子リング２０を含んでもよい。この実施形態では、固定格子リング２０は、複数の開口部１９を備え、各開口部１９が光源７に対して同じ場所にあるように同じ位置に固定される。また、光が通過できる単一の開口部１８を備える内側格子リング２１がある。リフレクタ１４および内側格子リング２１は、回転ダイヤル１２と共に回転する。固定格子リング２０の開口部１９が内側格子リング２１の開口部と揃う時、光はリフレクタを通り、光パルス１５（図面の図４を参照）は、開口部が整合位置を通るときにボトムプレート６に入射される。リフレクタ１４（およびそれゆえにボトムプレート６）に入射する光パルス１５の正確な位置は、光が通過する開口部１９の位置に依存する。光パルス１５は、その時検出され、その位置が上記のように判定される。
【００３５】
この実施形態では、光学回転ダイヤルは、周囲のタッチスクリーン検出システムと組み合わせて使用でき、したがって、既存のタッチスクリーン検出システムに大きな変更を加えることなく、ハイブリッドタッチスクリーンと触覚入力デバイスインターフェースを提供する。
【００３６】
上記の光学デュアルプレート検出ディスプレイ技術を使用する場合に発生する可能性のある問題は、システムに、たとえば投影型静電容量式タッチ検出ディスプレイ技術ほど優れたマルチタッチ機能がない場合があることである。上記のような光学タッチスクリーンと回転光学ダイヤルを備えるシステムは、信号の干渉が発生する可能性があるため、場合によってはコンピュータアルゴリズムを混乱させる可能性がある。スクリーン上のタッチと上記のダイヤルからの光パルスが同時に発生する場合、アルゴリズムがそれらの相対位置を判定しようとしているときに、それらが互いに干渉する可能性がある。この問題は、図６を参照して説明される本発明のさらなる例示的な実施形態によって軽減され得る。
【００３７】
図面の図６を参照すると、トリプルプレートディスプレイスクリーンに埋め込まれる光学回転ダイヤル１２を備える光学タッチ検出ディスプレイが提供される。トリプルプレートディスプレイスクリーンは、前記実施形態と同様にトッププレート５とボトムプレート６を備え、さらに追加のミドルプレート２７も備える。トッププレート５は、例えば、図１を参照して上述した方法で、ユーザの人差し指またはスタイラスからのタッチを検出する。ミドルプレートは、図面の図２−５のいずれかを参照して説明されるように、光学回転ダイヤル１２の回転運動を検出する。各プレート５、６、２７は、低屈折率ギャップ９により離間される。プレート５、２７は、複数の光源７、２８に囲まれる。トッププレート５の光源７は、第１周波数ｆ１に変調される。ミドルプレート２７の光源２８は、第２周波数ｆ２に変調される。周波数ｆ１とｆ２は、常に互いに異なり、コンピュータがタッチ位置に関する情報とダイヤル回転位置に関する情報を区別できるようにアルゴリズムによってラベル付けされる。
【００３８】
リフレクタ１４は、リフレクタの垂直壁１４ａがミドルプレート２７の上面よりも高く延びないように位置づけられる。さらに、開口部１８、１９は、ミドルプレート２７に対応する平面以外の平面内において内側および／または外側リング２０、２１に設けられなくてもよい。これにより、トッププレート５内の光がダイヤルの回転運動によって混同されないことが保証される。
【００３９】
ここで図面の図７ａおよび７ｂを参照すると、本発明の第４の例示的な実施形態が提供される。ここで、触覚ディスプレイ入力デバイスは回転ダイヤルではなく、スイッチの上面への加圧によりオン/オフできるスイッチ４０である。
【００４０】
前記実施形態と同様、複数の光源7（ＬＥＤまたはＯＬＥＤであってもよい）に囲まれるトッププレート５が提供され、光源７は、周波数変調光を射出しプレート５に入射させ、プレート５では周波数変調光がＴＩＲによって捕捉される。スイッチハウジング４１のトッププレート５に埋め込まれるスイッチ４０が設けられる。スイッチハウジング４１は、複数の開口部４２を備える。前記回転ダイヤルとは異なり、スイッチは回転しないため、開口部４２は光源７に対して回転しない。内側格子リング２１は、また複数の開口部１８を備え、開口部１８は、スイッチハウジング４１の開口部４２と長手方向に常に揃う。この実施形態では、内側格子リング２１の開口部１８の数は、スイッチハウジング４１の開口部４２の数と等しくでき、それは、コンピュータは、回転位置データではなく、２つの状態、開または閉、のうちの１つに関するデータを探しているためである。リフレクタ１４は、スイッチ４０の内側を連続して周回する。ボトムプレート６は、僅かに光散乱粒子１１がドープされ、低屈折率ギャップ９によってトッププレート５から分離される。
【００４１】
スイッチが開いているとき、開口部１８は開口部４２とずれ、開口部４２に入射する光は、ボトムプレート６に入射するための通過ができず、したがってスイッチからの信号はコンピュータに検出されず、したがってスイッチ４０は開位置にあると判定される。
【００４２】
ここで特に図面の図７ｂを参照すると、スイッチ４０への加圧は、スイッチを閉位置に移行させる。これにより、開口部１８および４２は、揃い、光がリフレクタ４２を経てボトムプレート６に下向きに反射されることを可能にする。これにより反射光の存在を検出でき、検出光のレベルの変化から正確な位置およびスイッチの識別が判定でき、それゆえスイッチ４０は閉位置にあると判定される。コンピュータは、特定の機能をオンまたはオフに切り替えることでスイッチの開閉に応答するようにプログラムでき、たとえば、このディスプレイを回転式乾燥機に設置する場合、そのスイッチ４０を使用して電源をオンまたはオフにできる。
【００４３】
任意の適切な機械的機構を使用して、スイッチを開位置から閉位置へ、またはその逆に移動させることができ、本発明はこの点に関して限定されることを意図しない。例えば、バネまたは磁気機構が使用されてもよい。同様に、上記の例示的な実施形態では、開口部１８、４２は、スイッチの縦方向の動きによって揃えられるが、これは、当業者には、単純な回転運動であって、垂直プレスと単純な回転機構またはユーザによる回転の切り替え操作によって生じる単純な回転運動を使用して簡単に機能させることができることは明らかであろう。これは、必ずしも本発明の一部を形成することを意図してない。
【００４４】
任意で、開口部１８、４２を揃えることを実施するための機械的機構を使用して、スイッチ４０が閉じている間における変調光の連続ビーム、または位置合わせを作動の一時的な部分にすることによる変調光の単純なパルス、のいずれでも生成できる。このことから、スライダー、上下パッド、ジョイスティック、または他の光学触覚入力デバイスが、本発明によってどのように容易に構成できるかが分かる。
【００４５】
上述の例示的な実施形態は、本発明のいわゆる「パッシブ」実施形態であり、なぜなら、動作するのに電源自体を必要とせず、機能するためにデバイスが埋め込まれるトッププレート５の光エネルギーのみを使用するからである。本発明の以下の例示的な実施形態は、独自の電源を備え、したがって、本明細書では「アクティブ」光学触覚デバイスと呼ばれる。
【００４６】
図面の図８を参照すると、図２−７を参照して上述したもののいずれかなどの光学触覚入力デバイス３０は、前述のように光学タッチ検出スクリーンに埋め込まれる。したがって、タッチ検出スクリーンは、複数の光源７に囲まれるトッププレート５、複数の光検出器６ａに囲まれるボトムプレート６、およびディスプレイスクリーン４を備える。光学触覚入力デバイス３０は、電源、この実施形態ではバッテリ３１およびソーラーセル３２（または同様の光エネルギー変換器）を備える。ソーラーセル３２は、周囲光またはトッププレート５内の光源７からの光を使用できる。周囲光またはトッププレート５の光を使用して、バッテリ３１を「トリクル充電」、すなわち放電時と同じレートで充電してもよい。ソーラーセル３２で取得可能なエネルギーよりも多くのエネルギーが必要な場合、トッププレート５の追加の専用の指向性ビームを使用して、システムに利用可能なエネルギーを増大させることができる。次に、触覚デバイス３０は、この電力を使用して、何らかのローカル電子処理回路２９を介して自身の変調周波数光源３３を駆動できる。この光源３３は、トッププレート５の周囲の光源７と同じ周波数で変調され得る。あるいは、光源３３は、システムがタッチ動作と触覚デバイス動作を区別できるように、光源７とは異なる周波数で変調されてもよい。これは、ミドルプレート２７を不要にする（図面の図６を参照して説明したように）。
【００４７】
あるいは、触覚デバイスの位置または状態を伝える手段は、触覚デバイス自体から直接これらを測定し、このデータを変調光信号にエンコードすることで実現できる。その後、この情報は、ボトムプレート６の周囲の光検出器６ａに直接検出され、コンピュータにデコードされる。これは、ミドルプレート２７（図面の図６に示される）を備えるか、光源７とは異なる周波数で変調される光源３３を備えることと同じ結果を達成し、コンピュータは、光学触覚入力デバイスのアクションとタッチアクションを区別できる。したがって、光学触覚入力デバイス３０とタッチスクリーンを同時に使用することを可能にする。
【００４８】
バッテリ３１などのローカル電源を備えることは、例えば、近接検知器、圧力センサ、周囲温度センサ、指紋リーダー、カメラ、近接場通信機、独自または他のシステムへの無線リンク、追加スイッチなど追加の電気的機能を組み込むことで触覚デバイスにさらなる柔軟性と能力レベルの向上が追加される。
【００４９】
任意で、光学触覚入力デバイス３０は、これに限定されないが電気モータなどの機械的アクチュエータを組み込むこともできる。これは、運動、振動などに対する抵抗力などのアクティブ触覚フィードバックを提供する。これまでに説明したコンピュータと光学触覚デバイス間の通信は、単一のデュプレックスのみであるが（つまり、触覚デバイスからコンピュータへ）、コンピュータと、光学触覚入力デバイス、この場合は回転ダイヤルとの間のフルデュプレックスの実装は、コンピュータによる触覚デバイス上の追加機能の制御を可能にする。図面の図８をさらに参照すると、これは、トッププレート５に射出される変調光に例えば位相変調を使用してデータをエンコードすることにより達成される。次に、これは、光学センサ３４に検出され、ローカル電子処理回路２９を使用してデコードされる。これは、トッププレート５のタッチ検出機構を妨げることなく、コンピュータと光学触覚入力デバイス３０間のフルデュプレックスを可能にし、したがって、触覚デバイスへの追加機能のコンピュータによる制御を可能にする。あるいは、ディスプレイ４は、光学触覚入力デバイス３０と通信するために使用されてもよく、該通信は、光学触覚入力デバイス３０にある光検出器３５と光学的に通信することにより行われる。この実施形態では、光検出器３５は、ディスプレイ４の上方の位置、またはディスプレイ４がそれと直接通信するための既知の位置に対して相対的に静止していなければならない。これにより、コンピュータと光学触覚入力デバイス３０との間の通信リンクが、非常に低いデータレートではあるが、より簡単かつ費用効果的に確立される。簡単な実装例は、光検出器３５の下のディスプレイに簡単なドットを点滅させることで、基本的なバイナリエンコード命令を触覚デバイス３０に送信し、振動アクチュエータなどの組み込まれた追加機能を有効または無効にできる。ここで図面の図９を参照すると、本発明のさらなる例示的な実施形態が提供され、該実施形態は、前記実施形態のようなトッププレート５を備えるが、今回はボトムプレート６がない。ここで、トッププレート５は、プレートの外縁の周囲に分散する複数の光送信機４６および光受信機４７に囲まれる。それらは、交互に間隔を空けるか、または場合によっては、トッププレート５の上半分に光送信機４６の平面があり、トッププレート５の下半分に光受信機４７の平面があるように上下にあってもよい。光送信機４６は、前術のように、ＴＩＲによって光が含まれるように、変調光をトッププレート５全体に均等に拡げる。プレート内に埋め込まれる光学ダイヤル４８は、内側に突出する複数の湾曲リフレクタ４９を備え、湾曲リフレクタ４９は、周辺の光送信機４６と光受信機４７に面する。入射光は、反射され図示のように扇形ビーム５０となる。次に、光受信機４７は、反射光の強度の変化を時間の関数として検出する。そのため、比較的単純なアルゴリズム計算を使用して、ダイヤルの方向と角速度を検出できる。
【００５０】
図９は、パッシブ回転ダイヤルの一部として使用される４つの等間隔のリフレクタを示しているが、本発明は、アプリケーションによる要求に応じてより多くまたは少ないリフレクタを備えてもよい。ビームは、屈折、反射、および/または光学レンズを使用して形成できる。
【００５１】
本発明の代替実施形態では、図面の図４を参照して説明される実施形態のような回転格子リングが含まれてもよい。この実施形態では、ダイヤル４８の回転運動によって生成される光パルスは、回転速度の判定により高い精度を提供する。
【００５２】
ここで図面の図１０ａ、１０ｂを参照すると、単一のプレートタッチ検出スクリーンに埋め込まれるスイッチ６０が提供され、スイッチ６０は、複数の光送信機４６および受信機４７に囲まれる単一のトッププレート５で構成される。本発明のこの例示的な実施形態は、スイッチハウジング４１の開口部４２が内側格子リング２１の開口部１８と揃う時に、光が進行したばかりの経路に沿って反射されることは除いて、図面の図７ａ、７ｂを参照して説明されるパッシブスイッチの実施形態と同様に機能する。この実施形態のリフレクタ６１は平面であり、トッププレート５の平面に垂直に揃う。
【００５３】
光受信器４７は、光強度の増加を検出し、したがって、コンピュータは、スイッチが閉位置にあるか開位置にあるかを判定できる。この実施形態では、複数のスイッチを１つのプレートに設けることができる。トッププレート５の周囲の各光受信機４７に検出される相対的な光強度レベルは、どのスイッチが閉じられおよび／または開かれたかをコンピュータが判定することを可能にする。任意で、特定の光送信機４６からの指向性光ビームに対して特定の変調周波数を使用することで、作動した一意のスイッチを判定することが可能であろう。
【００５４】
図面の図９−１０ｂに関して説明される上記実施形態は、いわゆる「パッシブ」実施形態であり、なぜなら光学触覚入力デバイスが、それ自体の電源を備えないからである。しかしながら、上述のマルチプレート実施形態と同様に、シングルプレート実施形態のいわゆる「アクティブ」バージョンが完全に実現可能であることは、当業者には明らかであろう。
【００５５】
ここで図面の図１１を参照すると、光学触覚入力デバイス３０が提供され、該光学触覚入力デバイス３０は、それ自体の電源、この実施形態では、バッテリ３１およびソーラーセル３２（または同様の光学変換器）を備える。ソーラーセル３２を使用して、バッテリ３１をトリクル充電できる。本発明の本実施形態は、図面の図８を参照して説明される実施形態とすべて同じ能力を備える。違いは、光検出器６ａによってピックアップされる光をボトムプレート６に送信する代わりに、光が光源３３によって、トッププレート５の平面に沿って光受信器４７に向かって戻って送信されることである。
【００５６】
再び、タッチ信号と光学触覚入力デバイス信号間の干渉を避けるために、光学触覚入力デバイスから送信される光は、トッププレート５の周囲にある他の光送信機４６へ異なる周波数で変調され得る。さらに、前述のように、コンピュータと光学触覚入力デバイス３０との間のフルデュプレックス通信は、必要なデータを伴って光送信機４６によりトッププレート５に送信される変調光をエンコードすることにより確立できる。その後、この信号は、触覚デバイスセンサー３４によって検出され、ローカル電子処理回路２９を使用してデコードされ得る。あるいは、前述のように、ディスプレイおよび光検出器３５を使用して、ディスプレイの特定のセクションに向けられた通信であって、コンピュータから触覚デバイスへのより簡単でより低い帯域幅の形態の通信を実装できる。光検出器３５の真下のディスプレイ上にドットを点滅させることにより、簡単な通信チャネルが形成される。コンピュータと光学触覚デバイス間のフルデュプレックス通信のための他の可能な機構は、ＲＦリンクを確立するか、近距離無線通信を使用するなどである。しかし、これらはまた、前述のものよりも複雑で電力を消費する。
【００５７】
最後に、図面の図１２および図１３を参照すると、本発明の第４の例示的な実施形態が示され、該実施形態は、ディスプレイ４上に位置する光学的透明トッププレート５を備える。トッププレート５の周囲には、交互に光送信機７０ａと光受信機７０ｂの対があり、該対は、各送信機７０ａが受信機７０ｂと真向いになるように、およびそれらの位置が逆となるように位置合わせされる。各送信機７０ａは、コリメートされた光ビームをそれぞれの受信機に直接向け、光は、各送信機／受信機のペアに対して一意に変調される。ビームは、ＴＩＲによってトッププレート内に保持される。送信機７０ａは、すべて、同時にまたは順番にオンできる。
【００５８】
図１２および図１３に示す例では、光学触覚入力デバイスは、光学的透明ダイヤル７１であるが、上記の実施形態のいずれかを代わりに使用してもよい。ダイヤルは、トッププレート５と同じ材料である必要があり、同じ材料でない場合は、少なくとも同じ屈折率を持つ必要があり、それは、ダイヤル７１とトッププレート５との間のギャップを横切る際のコリメートビームの移動方向の偏向を減らすためである。ダイヤル７１内のビームのシフトを最小化するために、ギャップは可能な限り小さく保たれなければならない。
【００５９】
ダイヤルにおいて中心からずれた位置には、コリメートビームからの光を拡散、回折、吸収、反射可能な材料が僅かにドープされたロッド７２がある。これは、図１３を見ると最もよくわかる。ダイヤル７１が回されると、ロッド７２は、トッププレート５内にて円形経路をたどる。ロッド７２がビームを横切ると、光は、分散され、強度が減衰する。したがって、トッププレート５を横切ってかつトッププレート５に沿って走査することで、該走査は受信機７０ｂで受信信号のレベルを同時に読み取りながら行うことで、ロッド７２の位置、すなわちダイヤル７１の回転位置の判定が可能である。また、これは、回転速度の計算が可能となる。
【００６０】
前述の説明から、添付の特許請求の範囲によって定義される本発明の範囲から逸脱することなく、記載された実施形態に修正および変更を加えることができることは、当業者には明らかであろう。
【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】
2020514933.tif 000009
【図８】
2020514933.tif 000010
【図９】
2020514933.tif 000011
【図１０】
2020514933.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
2020514933.tif 000015
【国際調査報告】
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