JP2009525512A - 多層導波路を設けた光学タッチパッド - Google Patents

多層導波路を設けた光学タッチパッド Download PDF

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Abstract

少なくとも１つの電磁放射検出器に光学結合した多層導波路を含む光学タッチパッドである。多層導波路によって物体から検出器へ方向付けられた電磁放射に基づいて、光学タッチパッド付近にある（例えばこれの上に浮遊している）、および／または光学タッチパッドと接触している物体に関する情報を決定することができる。例えば、物体に関する情報は位置情報、物体タイプ情報、および／または物体に関するこれ以外の情報を含んでいてよい。
【選択図】 図１

Description

本出願は、２００５年１２月３０日に出願された米国特許出願第１１／３２０，７４２号の利益を主張するものであり、上記出願の全体は参照して本願明細書に組み込まれる。
本発明は、位置情報、および／または物体に関する他の情報を決定するために、内部全反射を使用して、物体から光学タッチパッドへ戻る電磁放射を方向付ける光学タッチパッドに関する。
ユーザがタッチパッド表面に対して物体を移動させることによりプロセッサに情報を入力することができるタッチパッドシステムが知られている。典型的には、タッチパッドはＰＤＡやコンピュータといった計算アプリケーションにおいて実現でき、さらには、少数例を挙げれば、現金自動預け払い機、ゲーム機、自動車ナビゲーションシステム、レストラン管理システム、食料品店精算ライン、ガスポンプ、インフォメーションセンター、ハンドヘルド型データオーガナイザのような幅広いアプリケーションの電子ディスプレイにも見ることができる。
しかし、従来のタッチパッドシステムは大きい場合があるため、取り付けるデバイスの全体サイズが増加してしまっていた。これに加え、従来のタッチパッドは、無線電話、ＰＤＡのようなパーソナルモバイルデバイス、および／またはこれ以外のパーソナルモバイルデバイスといったいくつかのデバイスにおける標準的な使用条件に耐える適切な頑丈さを提供できない場合がある。例えば、モバイルデバイスは化学物質への露出、湿気、激突衝撃のような機械応力、および／またはこれ以外の応力もしくは露出を経験しうる。
一般に、従来のフラットパネルディスプレイ、および／または他の従来型ディスプレイに典型的なタッチパッドを追加することで、ディスプレイの性能が劣化してしまうこともある。例えば、典型的なタッチパッドを追加することで、従来型ディスプレイの電力消費、解像度、コントラスト、視野角、色域、グレースケール、および／または明るさが劣化する可能性がある。
例えば、上述およびこれ以外の欠点は、発光ペン型入力機器を実現する光学タッチパッド、専用の光源から光学タッチパッドへ提供された無効化された（frustrated）内部抵抗を実現する光学タッチパッド、物体に関連した位置情報を決定するためのＣＲＴディスプレイのラスタライゼーションとの調和を実現する光学タッチパッド、および光学タッチパッドの表面を画像化する画像化デバイスを利用する光学タッチパッドに関連していてよい。
したがって、従来のタッチパッドシステムに関連した上述およびこれ以外の欠点を指摘するタッチパッドが依然として必要である。
発明の概要
本発明の１つの態様は、従来のタッチパッドシステムに関連した上述およびこれ以外の欠点への対処に関する。
本発明の別の態様は、少なくとも１つの電磁放射検出器に光学結合した多層導波路を含む光学タッチパッドに関する。多層導波路によって物体から検出器へ向けられた電磁放射に基づいて、光学タッチパッド付近にある（例えば上を浮遊している）、および／または光学タッチパッドに接触している物体の情報が決定されうる。例えば、物体に関する情報には位置情報、物体タイプ情報、および／または物体に関連したこれ以外の情報が含まれてよい。
多層導波路は屈折率の異なる複数の導波路層を含むことができ、また、１または複数の導波路層内の内部全反射によって電磁放射を少なくとも１つの検出器へ方向付けることができる。多層導波路層は、光学タッチパッドの表面付近にあるかこれと接触している物体から発せられた電磁放射の方向付けを行うことが可能である。
複数の導波路層は、内部全反射ミラーを形成する２つの屈折率の間の境界に向かって屈折率が段階的に減少してゆく２つまたはこれ以上の層を含んでもよく、上記内部前反射ミラーは、光学タッチパッドを、これの下にあるディスプレイおよび／または他の表面によって生じた光学干渉から遮断する。いくつかの例では、表面汚染物質によって生じた多層導波路内の光学ノイズを大幅に低減するために、少なくとも１つまたは複数の屈折率を選択することができる。
本発明の様々な実施例によれば、物体が光学タッチパッドの付近にある、および／またはこれと接触している場合には、物体を、光学タッチパッドの下のディスプレイが発した電磁放射、または導波路に取り付けられているエミッタが横方向に発した電磁放射によって照射することができる。物体は自体の光学特徴、および光学タッチパッドに対する位置情報に従って、この電磁放射を吸収、反射、散乱するか、および／またはこれと相互作用することができる。物体と電磁放射の相互作用に基づき、電磁放射の一部を光学タッチパッドへ戻すことができる。物体によって光学タッチパッドに戻された電磁放射は、多層導波路内の内部全反射によって、少なくとも１つの検出器へ案内されてよい。
いくつかの実施例では、多層導波路内の導波路層の屈折率は、電磁放射が、物体に関する情報を表す１または複数の性質を設けた状態で少なくとも１つの検出器へ方向付けられる形で選択される。例えば、電磁放射の跳ね角、強度、および／または他の性質は、物体に関する情報を表すことができる。少なくとも１つの検出器による電磁放射の検出に基づいて、物体に関する情報が決定されうる。物体に関する情報には位置情報、物体タイプ情報、および／または他の情報が含まれてよい。
いくつかの実施例によれば、多層導波路は、第１屈折率を有する第１導波路層と、第２屈折率を有する第２導波路層とを含むことができる。この第１および第２屈折率は、第２導波路層の反対側にあたる第１導波路層の表面上に第１内部全反射ミラー（「ＴＩＲミラー」）が形成され、第１導波路層と第２導波路層の間に第２ＴＩＲミラーが形成され、また、第１導波路層の反対側にあたる第２導波路層の表面上に第３ＴＩＲミラーが形成されうるように、選択することができる。
光学タッチパッドの付近にある、またはこれと接触している物体の屈折率に基づいて、物体によって光学タッチパッドへ戻された電磁放射を、第２ＴＩＲミラーに対する異なる入射角にて多層導波路内に導入することができる。例えば、物体の屈折率が比較的高い場合（例えば、ペン型入力機器の場合）には、第２ＴＩＲミラー上における電磁放射の最大入射角は比較的大きくなってよい。物体の屈折率が比較的低い場合（例えば、人間の組織の場合）には、第２ＴＩＲミラー上における電磁放射の最大入射角は比較的小さくなってよい。
第１および第２層屈折率は、物体が第１物体タイプである場合には、物体によって戻された電磁放射が第２ＴＩＲミラーで反射される電磁放射を含みうるように選択されてよく、また、物体が第２物体タイプである場合には、物体によって戻された実質的に全ての電磁放射が第２ＴＩＲミラーを通過するように選択されてよい。第２ＴＩＲミラーで反射された電磁放射は第１導波路層内に閉じ込められてよく、第１および第２ＴＩＲミラーによって少なくとも１つの検出器へ方向付けられてよい。第２ＴＩＲミラーを通過する電磁放射は第３ＴＩＲミラーで内部全反射されてよく、第１および第３ＴＩＲミラーによって少なくとも１つの検出器へ方向付けられてよい。少なくとも１つの検出器へ方向付けられた電磁放射が、第１および第２ＴＩＲミラーによって少なくとも１つの検出器に案内される電磁放射を含んでいるか否かを決定することにより、屈折性が比較的高い物体を屈折性が比較的低い物体から区別することができる。
いくつかの実施例では、光学タッチパッドは補助導波路層を含んでいてよい。補助導波路層は、境界層によって仕切られた基層を含んでいてよい。基層は、境界層よりも高い屈折率を有していてよく、また、いくつかの例では比較的曲げ易い材料で形成されてよい。基層の表面に複数の偏向構造を形成することができる。例えば、偏向構造はマイクロ構造、ナノ構造、および／または格子を含んでいてよい。偏向構造は、電磁放射を基層から出て上方へ偏向させるように形成できる。基層から出て偏向された電磁放射は基層の上にある層を通過して、光学タッチパッドから漏出しうる。偏向構造はまた、物体から光学タッチパッドへ戻された電磁放射を、内部全反射によって基層内部に閉じ込めるように偏向するように形成されることも可能である。
補助導波路層は、少なくとも１つの検出器（例えば１つ、２つ、３つ、４つの検出器など）と光学結合していてよく、また、基層内に閉じ込められた電磁放射を、電磁放射が物体に関する情報を表す１または複数の性質を伴って少なくとも１つの検出器に到達する形で、少なくとも１つの検出器へ案内することができる。少なくとも１つの検出器による電磁放射の検出に基づいて、物体に関する情報を決定することができる。物体に関連した情報は位置情報、物体タイプ情報、および／またはこれ以外の情報を含んでいてよい。補助導波路層は、基層内へ、または基層外へ偏向された電磁放射の量が、補助導波路層に光学結合している少なくとも１つの検出器からの距離が長くなるに従って増加しうる形で形成することができる。
詳細な説明
図１は、本発明の１または複数の実施例による光学タッチパッド１１０の断面図を図示している。図１に示すように、タッチパッド１１０は多層導波路１１２、少なくとも１つの検出器１１５、１または複数のさらなる層を含んでいてよい。いくつかの実施例では、多層導波路１１２は、少なくとも１つの検出器１１５と光学結合してよい。光学タッチパッド１１０はディスプレイ１１６上に搭載されてよい。ディスプレイ１１６は、電子ディスプレイ（例えばＣＲＴディスプレイ、ＬＣＤディスプレイ、マイクロミラーディスプレイなど）、またはこれ以外のタイプのディスプレイを含んでいてよい。いくつかの実施例では、ディスプレイ１１６は、電磁放射を発しないベース物体を含んでいてよい。例えば、ディスプレイ１１６には、上に光学タッチパッド１１０を配置できる画像が印刷されていてよく、または、ディスプレイ１１６が、光学タッチパッド１１０を搭載するための、画像や電子ディスプレイを含んでいない表面を提供することができる。これ以外の形式のディスプレイ１１６の存在も可能である。
いくつかの実施例では、多層導波路１１２は、第１の屈折率を有する第１導波路層１１８と、第２屈折率を有する第２導波路層１２０とを少なくとも含んでいてよい。第１導波路層１１８は、光学タッチパッド１１０の外面１２２に向けて配置することができる。いくつかの例では、第１導波路層１１８は、光学タッチパッド１１０の外面１２２を提供することができる。第１屈折率は、内部全反射ミラー（「ＴＩＲミラー」）１２４が、第１導波路層１１８と周囲大気との間の外面１２２にて形成されうるように選択されうる（例えば、第１屈折率は１よりも大きくてよい）。第１導波路層１１８と第２導波路層１２０の間の境界にＴＩＲミラー１２６が形成されうるよう、第２屈折率は第１屈折率よりも低くなるように選択されてよい（例えば、第２屈折率は第１屈折率よりも低く選択することができる）。第１導波路層１１８および／または第２導波路層１２０は、少なくとも１つの検出器１１５に光学結合していてよい。
様々な実施例によれば、１または複数の追加の層は補助導波路層１１４を含むことができる。補助導波路層１１４は第１境界層１２８、基層１３０、第２境界層１３２を含んでいてよい。第１境界層１２８は、多層導波路１１２付近の、これの外面１２２とは反対側にあたる場所に配置することができる。第２境界層１３２はディスプレイ１１６の付近に配置できる。基層１３０は第１境界層1２８と第２境界層１３２の間に配置できる。第１境界層１２８と第２境界層１３２は第３屈折率を有していてよい。基層１３０は第４屈折率を有していてよい。第３屈折率は、第１境界層１２８と第２導波路層１２０の境界にＴＩＲミラー１３４が形成されうるように選択することができる（例えば、第３屈折率は第２屈折率よりも低くてよい）。第４屈折率は、第１境界層１２８と基層１３０の間に１つのＴＩＲミラー１３６が形成され、基層１３０と第２境界層１３２の間に別のＴＩＲミラー１３８が形成されうるように選択することができる（例えば、第４屈折率を第３屈折率よりも低く選択できる）。補助導波路層１１４を少なくとも１つの検出器１１５に光学結合させてもよい。いくつかのこうした例では、基層１３０を少なくとも１つの検出器１１５に光学結合させることができる。図１に示すように、基層１３０内に１または複数の偏向構造１４０を形成することができる。１または複数の偏向構造は、第４屈折率よりも低い屈折率を有してよい。第１境界層１２８と第２境界層１３２はそれぞれ異なる屈折率を有していてよく、これらそれぞれの屈折率は依然としてＴＩＲミラー１３６、１３８を維持するように選択することができる。
いくつかの例では、補助導波路層１１４をディスプレイ１１６に直接積層させることができる。例えば、ディスプレイ１１６に第２境界層１３２を直接積層することができる。また例えば、１つの実施例では、第２境界層１３２がゾルゲルで形成されていてよく、第２境界層１３２の屈折率を、第２境界層１３２が効率的に搭載されたディスプレイ１１６の表面を提供するガラス層が光学タッチパッド１１０内の機能「層」となるように選択することが可能である。この実施例では、第２境界層１３２の反対側にあるディスプレイ１１６に含まれるガラス層の表面と、ディスプレイ１１６内の空気との間の境界で、追加のＴＩＲミラーが形成されうる。これにより、光学タッチパッド１１０のサイズ（例えばフォームファクタなど）を増加しなくても、光学タッチパッド１１０（ディスプレイ１１６内に含まれているガラス層）内に追加の「導波路層」を組み込めるようになる。
別の実施例では、第２境界層１３２を設けずに補助導波路層１１４を形成することができ、また、基層１３０をディスプレイ１１６に直接積層させることができる。しかし、これらの実施例では、基層１３０とディスプレイ１１６の間にＴＩＲミラー１３８を形成するために、第４屈折率を十分に高くする必要がある。光学タッチパッド１１０をディスプレイ１１６に間に空気の層を形成する形で搭載するのではなく、光学タッチパッドの表面（例えば、ディスプレイ１１６と接触した状態で示されている第２境界層１３２の表面）がディスプレイ１１６と直接当接するように、ディスプレイ１１６に補助導波路層１１４を直接積層させることで、光学タッチパッド１１０の１または複数の態様が拡張されうる。
例えば、光学タッチパッド１１０をディスプレイ１１６に直接積層させることで、光学タッチパッド１１０の頑丈さが増し、光学タッチパッド１１０のフォームファクタがより薄型化され、多層導波路１１２内の差の大きな屈折率境界（例えば、空気とガラス、空気と重合体のように、反射率が大きく異なる２つの物体間の境界）の数が減少し、および／または、光学タッチパッド１１０のこれ以外の態様が拡張される。より具体的には、光学タッチパッド１１０内の差の大きな屈折率境界の数が減少することで、光学タッチパッド１１０内でディスプレイ１１６が発する電磁放射の反射量が低減する。反射量が減少することにより、ディスプレイ１１６のコントラストと解像度が効率的に増加する。これに加え、光学タッチパッド１１０のフォームファクタの薄さによって、光学タッチパッド１１０内の任意の電磁放射の反射がディスプレイ１１６に確実に接近する。これにより、光学タッチパッド１１０内における望ましくない電磁放射の反射によって生じる画像のコントラストおよび解像度の劣化が低減する。光学タッチパッド１１０内における望ましくない電磁放射の反射の量を低減し、残りの反射に関連した負の衝撃を低減することで、読み出し可能性、明度、視野角、電力消費、および／または、ディスプレイ１１６によって放射および／または表示されている画像のこれ以外の特徴が拡張されうる。例えば、ＰＤＡおよび／または他のモバイルデバイスの従来の半透過型液晶における表示電力費を、抵抗タッチに基づいた標準的な解決法と比較して３０〜５０％引き上げることができる。こうした節約の一部は、少ないフレネル損失と吸収構造体の大きな欠如とに起因する。画像品質が著しく向上しうるが、この向上はバックライトからフロントライトへの変更によって相殺される。これにより、画像劣化を殆どまたは全く生じずに、さらに約６６％の表示電力が追加されうる。この画像品質で妥協することのない組み合せ型の表示電力費節約は７６〜８３％に達する場合があり、モバイルデバイスのような電力不足に喘ぐアプリケーションにおいて特に有益である可能性がある。例えば大気放射自動補正などを使用することによって、これ以外の電力費の拡張も、画像品質を殆どまたは全く犠牲にすることなく得ることができる。
図１に図示した光学タッチパッド１１０の実施例は、光学タッチパッド１１０内の層の外形に関して限定を意味するものではないことを理解されたい（例えば、さらに層を追加したり、および／または、図示されているいくつかの層を省略することができる）。そのため以下の記述では、例証的な目的で、多層導波路１１２の動作の一般的な原理を、図１中で示した層のうち数層のみを含む実施例に関連して説明することにより、図示および記述された層のうちいくつかの機能性の説明を単純化している。例えば、図２〜図４は、１または複数の実施例による多層導波路１１２の機能性のうちいくつかを図示している。この際、光学タッチパッド１１０から補助導波路層１１４は省略されている。しかし、光学タッチパッド１１０から補助導波路層１１４を省略することで、図１に図示した実施例と類似した、光学タッチパッドが補助導波路層１１４を含んでいてよい実施例において、多層導波路１１０の動作が影響を受けることは実質的にないことが記述から明白である。
図２は、本発明の特定の態様を図示するための、多層導波路１１２の単純化した一例を図示している。図２に示すように、多層導波路１１２は第１導波路層１１８と第２導波路層１２０を含む。これ以外の層を使用することもできる。第２導波路層１１８はディスプレイ１１６に直接搭載（例えば積層）できる。第２導波路層１２０をディスプレイ１１６に積層することで、上述した光学タッチパッド１１０をディスプレイ１１６に直接積層することの利益のうちいくつかまたは全て（さらに追加の恩典）を提供することが可能である。
物体２１０と表面１２２の間が接触していないため、ディスプレイ１１６（またはこれ以外の支持構造）から発せられた電磁放射が光学タッチパッド１１０を通過し、さらにこれの外へ前進する。光学タッチパッド１１０から発せられた電磁放射は、次に、ビューア上に入射されてビューアが表示中の画像を「見られる」ようにするか、またはディスプレイ１１６によって発せられる。
いくつかの実施例では、物体２１０（例えばペン型入力機器、指など）が光学タッチパッド１１０の表面１２２に触れると、電磁放射２１２（例えば、ディスプレイ１１６により発せられ表面１２２を通って伝播した放射、多層導波路１１２の外縁に光学結合しているエミッタから多層導波路１１２内に発せられた電磁放射など）が物体２１０と相互作用（例えば反射、後方散乱など）することで、物体２１０と表面１２２の間の接触により、電磁放射２１２の一部が拡散され、多層導波路１１２へ戻ることができる（戻り電磁放射２１４として図示される）。戻り電磁放射２１４は、ＴＩＲミラー１２６上にＴＩＲミラー１２６の臨界角よりも大きな入射角で入射しうる電磁放射２１６を含んでいてよい。図示にあるように、電磁放射２１６は次に、内部全反射されてＴＩＲミラー１２４へ戻り、ＴＩＲミラー１２６にて電磁放射２１６が再び内部全反射される。このようにＴＩＲミラー１２４、１２６の間で内部全反射されることで、電磁放射２１６は第１導波路層１１８によって少なくとも１つの検出器（例えば、図１の検出器１１５）へ方向付けられてよい。少なくとも検出器１１５による電磁放射２１６の検出に基づいて、表面１２２に関連した（例えば、表面１２２の平面における）物体２１０に関する位置情報が決定されうる。例えば、物体２１０に関する位置情報は、国際特許出願ＰＣＴ／ＤＫ２００４／０００５９５号、ＰＣＴ／ＤＫ２００４／００１６５号、ＰＣＴ／ＤＫ２００４／０００５９６号、ＰＣＴ／ＤＫ２００３／００１５５号に記述の三角測量法に基づいて決定することができる。上記出願の全体は参照して本願明細書に組み込まれる。これ以外の検出技術の使用も可能である。
これ以外の様々な実施形態もこれらの基本原理の影響を受けて、本発明の他の態様を達成する。これら他の実施形態の特徴は単独または組み合せにて使用することができる。例えば図３に描くように、表面汚染物質の影響を除去または低減できる。図４では、多層導波路１１２は、多様なタイプの物体２１０に関連にした多層導波路１１２上および／または多層導波路１１２内に対して異なる入射角で入射する電磁放射を区別する性質を有していてよい。図５では、多層導波路は、大きな入射角における電磁放射の多層導波路内への導入を拡張する複数の層を備えた第１導波路層１１８を含んでいてよい。図６〜図９では、光学タッチパッド１１０の表面１２２付近にある、またはこの表面１２２と接触している物体に関する情報を検出するために、光学タッチパッド１１０は、多層導波路１１２に加え、またはこれの代替として補助層１１４を含んでいてよい。図１０では、光学タッチパッド１１０内に１または複数のＴＩＲミラーを提供するために、光学タッチパッド１１０に空気の層を含めることができる。図１１では、光学タッチパッド１１０の付近にある、またはこれと接触している物体に関する情報を決定するための光学タッチパッド１１０が、光学タッチパッドシステム内に含まれていてよい。
次に図３に進むと、通常の使用中に、１または複数の表面汚染物質３１０が光学タッチパッド１１０の表面１２２に存在するようになってよい。例えば、表面汚染物質は油、油脂、水を含んでいてよく、および／または、その他の汚染物質を表面１２２上に垂らす、塗布する、凝縮する、および／または堆積させることができる。多層導波路１１２により、ＴＩＲミラー１２４、１２６での内部全反射を用い、少なくとも１つの検出器１１５へ方向付けられている電磁放射を、多層導波路１１２から「漏出」させることが汚染物質２１０によって可能となってよい。この漏出が、電磁放射２１６に基づく位置情報（または他の情報）の決定を阻止しうる。このような例では、より具体的には図３に示すように、ＴＩＲミラー１２４上の汚染物質２１８とは反対側に入射する電磁放射２１６が、多層導波路１１２から出てＴＩＲミラー１２４を通過し、汚染物質２１０内へ入ってよい。一般的に、この漏出は、汚染物質２１０の屈折率が空気の屈折率（１）よりも大きくあってよいため、ＴＩＲミラー１２４の臨界角を増加させうることで生じる。
ＴＩＲミラー１２４上に堆積しうるいくつかの汚染物質材料の屈折率はほぼ１．３であってよい。いくつかの実施例では、第１屈折率と第２屈折率は、表面１２２上にこうした汚染物質が存在するために生じる第１導波路１１８内からの電磁放射「漏出」を大きく排除するように選択されてよい。例えば、第２屈折率は、１または複数の汚染物質の予測される屈折率よりも大きくなるように選択でき、また、第１屈折率は、ＴＩＲミラー１２４、１２６を形成する目的で、第２屈折率よりも大きくなるように選択できる。
例えば、屈折率がほぼ１．３の油、油脂、水、および／または他の汚染物質による「漏出」をほぼ排除するために、第２屈折率は１．３５、第１屈折率は１．５であってよい。これらの構成では、汚染物質（例えば汚染物質２１０）がある場合がある場所において、ＴＩＲミラー１２６の入射角はＴＩＲミラー１２４の入射角よりも大きくなる。そのため、ＴＩＲミラー１２６の内部全反射によって多層導波路１１２内に閉じ込められている電磁放射２１６の全て、あるいはその殆どが、ＴＩＲミラー１２４上の汚染物質と反対の場所にてやはり内部全反射される。
第１および第２屈折率についての明確な値の列挙は例証でしかなく、したがって単純に例証目的を意図したものである。さらに、表面汚染物質によって生じた雑音をフィルタリングするためのこの屈折率の選択を、図２、図３に図示した光学タッチパッド１１２の構成に関連して記述したが、これと同じ原理は他の構成、例えばここで図示または記述した図１に図示されている光学タッチパッド１１２の構成にも適用できる。
図４は、１または複数の実施例で使用できる多層導波路１１２の別の特徴を図示している。図４の図示にあるように、第１および第２屈折率は、第２導波路１２０とディスプレイ１１６の間にＴＩＲミラー１３４が形成されうるように選択することができる（例えば、第２屈折率はディスプレイ１１６の屈折率よりも大きくあってよい）。こうした実施例では、物体４１０を光学タッチパッド１１０の表面１２２と接触させると、電磁放射４１２（例えば、ディスプレイ１１６により発せられ、表面１２２を通って伝播された電磁放射、光学タッチパッド１１０の外縁に光学結合している１または複数のエミッタにより発せられた電磁放射など）が物体３２８と相互作用（例えば反射、後方散乱など）しうることで、電磁放射４１２の一部が拡散し、ＴＩＲミラー１２４を通って多層導波路１１２へ戻れるようになる（この電磁放射は戻り電磁放射４１４として図示されている）。戻り電磁放射４１４を、次にＴＩＲミラー１２６上に入射させるようにすることができる。
物体４１０の屈折率に基づいて、戻り電磁放射４１４のＴＩＲミラー１２６上への最大入射角は異なっていてよい。例えば、物体４１０の屈折率が比較的大きい場合には（例えば、ペン型入力機器）、電磁放射４１４の最大入射角は比較的大きくなってよい（図中では電磁放射４１６として図示される）。物体４１０の屈折率が比較的小さい場合には（例えば人間の細胞）、電磁放射４１４の最大入射角は比較的小さくなってよい（図中では電磁放射４１８として図示される）。第１および第２屈折率は、物体４１０が第１物体タイプのものである場合に、電磁放射４１４がＴＩＲミラー１２６で反射された電磁放射４１６を含みうるように、また、物体４１０が第２物体タイプのものである場合に、実質的に全ての電磁放射４１４がＴＩＲミラー１２６を通過する電磁放射４１８となるように選択することができる。
例えば、こうした例においては、物体４１０が比較的屈折性の高いタイプのものである（例えば、ペン型入力機器）場合に、電磁放射４１４は、ＴＩＲミラー１２６の臨界角よりも大きな角度でＴＩＲミラー１２６上に入射する電磁放射４１６を含むことができる。次に、電磁放射４１６はＴＩＲミラー１２６によって内部全反射されてよく、この内部全反射によって第１導波路層１１８内に閉じ込められる。その後、第１導波路層１１８は電磁放射４１６を少なくとも１つの検出器１１５へ方向付けてよい。しかし、物体４１０が比較的屈折性の低いタイプのものである場合には（例えば人間の細胞）、電磁放射４１４は、本質的にＴＩＲミラー１２６の臨界角よりも小さい角度でＴＩＲミラー１２６に入射する電磁放射４１８を備えていてよい。
こうした実施例では、第２屈折率を、電磁放射４１８の一部がＴＩＲミラー１３４によって内部全反射され、第１導波路層１１８へ戻されうるように選択することができる。この電磁放射４１８はさらに、多層導波路１１２によって、またＴＩＲミラー１２４とＴＩＲミラー１３４の間の内部反射によって、少なくとも１つの検出器１１５へ導かれる。ＴＩＲミラー１２４と１２６の間に閉じ込められた電磁放射４１６は、ＴＩＲミラー１２４と１２８の間に閉じ込められた電磁放射４１８とは異なる「跳ね角」で、少なくとも１つの検出器１１５に到達しうる。いくつかの例では、物体４１０に関する物体タイプ情報を決定できるようにするために、少なくとも１つの検出器１１５は、入来する電磁放射の跳ね角を決定できる指向性検出器を含んでよい。
別の例では、少なくとも１つの検出器１１５は、第１導波路層１１８、第２導波路層１２０のそれぞれに独立的に光学結合している１または複数の検出器を含んでいてよい。これらの例では、第２導波路層１２０に光学結合している１または複数の検出器が検出した電磁放射の量を、第１導波路層１１８に光学結合している１または複数の検出器が検出した電磁放射量と比較することができる。物体４１０が屈折性の比較的高い物体を含んでいる場合には、第１導波路層１１８に結合している１または複数の検出器が検出した電磁放射の量は、第２導波路層１２０に光学結合している１または複数の検出器が検出した電磁放射の量よりも多くてよい。しかし、物体４１０が屈折性の比較的低い物体を備えている場合には上記の限りではない。別の実施例では、少なくとも１つの検出器に方向付けられている電磁放射を区別する別の方法を使用できる。
これに加え、物体４１０に関する位置情報は、少なくとも１つの検出器１１５が受容した電磁放射４１６および／または４１８から決定することができる。例えば、位置情報は、国際特許出願番号ＰＣＴ／ＤＫ２００４／０００５９５号、ＰＣＴ／ＤＫ２００４／００１６５号、ＰＣＴ／ＤＫ２００４／００５９６号、ＰＣＴ／ＤＫ２００３／００１５５号に記載されている方法で決定することができる。これらの出願の全体は参照して本願明細書に組み込まれる。物体４１０が屈折性の比較的高い物体を含む例では、位置情報を決定する以前に位置情報決定の正確性を拡張するために、第２導波路層１２０に光学結合している１または複数の検出器によって検出された電磁放射の量を、第１導波路層１１８に結合している１または複数の検出器によって検出された電磁放射の量から減算することができる。
本発明の多様な実施例によれば、第３の（またはこれ以上の）導波路層（図示せず）を多層導波路１１２内に含めることができる。第３導波路層は、第２導波路層１２０とディスプレイ１１６の間に配置することができ、さらに、ＴＩＲミラー１３４を形成するように選択された屈折率を有することができる（例えば、第３導波路層の屈折率は第２屈折率よりも低くてよい）。
別の非限定的な実施例では、図４に関連して上述した多層導波路１１２を、補助導波路層１１４と共に光学タッチパッド１１０内に提供することができる。このような例では、第２導波路層１２０と補助導波路層１１４の間にＴＩＲミラー１３４が形成されうるよう（例えば図１に示す）、第３屈折率は第２屈折率よりも低くてよい。
図２〜図４に関連して図示および上述したこれらの実施例と類似したいくつかの実施例では、多層導波路１１２は第１導波路層１１８を含むことができ、第２導波路層１２０はディスプレイ１１６内に含まれているガラス層（例えば、電子ディスプレイデバイス上に設けられたガラス板）によって形成することができる。ガラス層が第２導波路層１２０を形成する場合に、ディスプレイ１１６の内側にあるガラス層と空気層の間の境界がＴＩＲミラー１３４を形成することができる。これにより、光学タッチパッド１１０のフォームファクタが減少し、光学タッチパッド１１０内の反射が減少し、および／または光学タッチパッド１１０内に残る反射の負の影響が減少しうる。上述にて挙げたように、フォームファクタの減少、光学タッチパッド１１０内の反射の減少、および／または光学タッチパッド１１０内に残る反射の負の影響の減少、読み出し性、明るさ、視角、電力消費、および／またはこれ以外の、ディスプレイ１１６に射出および／または表示されている画像の特徴を拡張することが可能である。ディスプレイ１１６内に含まれているガラス層を第２導波路層１２０として使用するためには、第１導波路層１１８を１．３〜１．３５の第１屈折率を有するゾルゲル層によって形成すればよい。
いくつかの実施例では、第１導波路層１１８を、物体から多層導波路１１２内への電磁放射の戻りを拡張するように、および／または、１または複数のさらなる性質（例えば、耐スクラッチ性、疎水性、親水性、耐反射性など）を提供するように形成することができる。例えば、図５は、本発明の１または複数のこのような実施例による、多層導波路１１０および補助導波路層１１４を含んだ光学タッチパッド１１０を図示している。図５に図示するように、多層導波路１１２は、外層５１０と内層５１２を備えた第１導波路層１１８を含んでよい。外層５１０は光学タッチパッド１１０の表面１２２を形成することができ、内層５１２は、外層５１０の、表面１２２の反対側にあたる側部の付近に直接位置することができる。いくつかの例では、外層５１０は比較的硬質で弾力のある材料で構成でき、内層５１２は比較的軟質で曲げ易い材料で形成できる。例えば、内層５１２は、適度な軟性で多孔質な（元の形状を覚えておき、適切な方法で復元することができる能力を備えた）透明または半透明のシリコンで形成でき、および／または、１または複数の別の透明または半透明な重合体で形成することができる。この構成により、ペン型入力機器５１４（またはこれ以外の比較的硬質な物体）によって外層５１０に付加された外部力が、外層５１０から内層５１２まで及ぶ凹み５１６を作成することによって外層５１０を変形させられるようになる。しかし、内層５１２の比較的曲げ易い構成のために、この外層５１０の変形が内層５１２の圧縮によって支持されることができる。
いくつかの実施例では、耐反射性、アンチグレア性、疎水性、親水性、および／またはこれ以外の性質を設けた光学タッチパッド１１０を提供するために、これらの性質のうち１または複数を提供するコーティングを第１導波路層１１８の表面１２２に付加している。例えば、まだら状の屈折率の低いアンチグレアコーティング（例えばゾルゲルコーティングなど）を第１導波路層１１８に付加することができる。まだらの正確な形状を制御するために、このコーティングは、インクジェット印刷によって付加したり、疎水性領域で包囲された親水性領域によって形成することができる。また、このようなコーティングに関連した光学ノイズはフィルタリング除去（例えば、上述のとおり）、あるいは除外、および／または無視できるため、コーティングは油脂や水のような汚染物質と類似の屈折率を有することが可能である。
いくつかの実施例によれば、外層５１０の動作がペン型入力機器５１４と接触することを制限するために、内層５１２は比較的薄くなっていてよく、比較的高いショア値を有していてよい。例えば、ポリカーボネート、アクリル、ＡＢＳ、ＰＶＣ、ＰＥ、ナイロン、および／またはその他の重合体といった市販されている半透明の重合体を使用して内層５１２を形成することが可能である。ショア値をさらに高くすると、ペン型入力機器５１４および支持外層５１０によって広範囲にわたって付加された力を分散することができ、これにより、より広い肩部を設けた凹み５１６が形成される場合があり、その結果外層５１０への応力が低下する。
様々な実施例において、外層５１０は、プラズマ堆積可能な薄層をゾルゲルを使用して堆積し、多層導波路１１２上に複数層から成る薄膜として接着するか、または多層導波路１１２に設けることによって形成できる。いくつかの実施例では、ナノン（Ｎａｎｏｎ）社が開発した低温のソフトプラズマ（商標）（Ｓｏｆｔｐｌａｓｍａ ＴＭ）堆積処理を使用して、外層５１０を内層５１２に接着することができる。このような例では、ナノン社製のソフトプラズマ（商標）処理は、１または複数のゾルゲルコーティングおよび／または接着剤を含んだ外層５１０を受容するように内層５１２を準備することができる。共有結合を制御することにより、これらの同一の処理を介して、表面１２２に疎水性の特徴および親水性の特徴を提供することが可能である。表面１２２の疎水性表面特徴により、染みや水が表面１２２に付着することを防止できる。また、油脂は疎水性であるため、表面１２２の疎水性表面特徴によって油脂の堆積が防止され、さらに付着し難くなる場合がある。これに加え、表面１２２に１または複数の耐スクラッチ特徴を提供することもできる。
ＴＩＲミラー１２４、１２６における内部全反射によって電磁放射を効率的に方向付けるために、外層５１０と内層５１２の屈折率を一致させることができる。さらに、上述したように、導波路層４０６の屈折率（したがって、外層５１０および内層５１２の屈折率）を比較的高くしてもよい。いくつかの実施例では、導波路層は、内層５１２とＴＩＲミラー１２６の間に配置した１または複数の追加の層（図示せず）を含んでいてよい。この１または複数の追加の層は、外層４１０および内層４１２と屈折率を一致させることができる。
例えば図５では、描画のとおり、外層５１０の凹み５１６により、多層導波路１１２内を移動する電磁放射５１８（例えば、ディスプレイ１１６から表面１２２へ向けて発せられた電磁波放射、光学タッチパッド１１０の外縁に光学結合している１または複数のエミッタから発せられた電磁放射）はペン型入力機器５１４（電磁放射５２０として図示される）と相互作用し、ＴＩＲミラー１２６に対する大きな入射角にて多層導波路１１２へ戻ることができる。この入射角は、ペン型入力機器５１４と表面１２２の間が凹み５１６なく接触した場合の入射角よりも大きい。この入射角の差分を検出することで、多層導波路１１２によって少なくとも１つの検出器１１５へ上述のとおり方向付けられた電磁放射に基づく物体タイプ情報の決定が促進されうる。
ここで記述している多層導波路１１２の層の様々な性質を含めることで、内部全反射によって多層導波路１１２内に閉じ込められた電磁放射中の光信号ノイズ（例えば、汚染物質によるノイズや、表面スクラッチによるノイズなど）を低減することができる。ここで記述した多層導波路１１２の１または複数のノイズ低減性質と組み合わせて、多層導波路１１２内に曲げ易い層を追加することで（例えば、図５、図９のいずれかに図示の実施例）、高い信頼度で、多層導波路１１２が電磁放射を大きな角度にて閉じ込めながら、多層導波路１１２のトポロジーに変化が生じた時にのみ（例えば、接触点からの圧力が、多層導波路１１２に凹みを形成しながら、曲げ易い第２導波路層１２０を変形させた時）、電磁放射が多層導波路１１２に入る、および／または多層導波路１１２から出ることができるようになる。これにより、多層導波路１１２内で伝播される電磁放射内の信号対ノイズ関係が強化される。
図６は、１または複数の実施例による光学タッチパッド１１０の例証的な図示である。具体的に図６は、物体６１０が表面１２２と接触すると、また、物体６１０が表面１２２の付近にある時に（例えば、表面１２２の上を「浮遊している」時に）、物体６１０に関連した情報の決定を行うことができる光学タッチパッド１１０の実施例を図示している。物体６１０に関連した情報は、表面１２２の平面上にある、および／または表面１２２に対して垂直である物体６１０の位置に関連した、物体６１０に関する位置情報を含んでいてよい。
図６に図示の実施例では、ＴＩＲミラー１３６、１３８の間の内部反射によって基層１３０内に閉じ込められた電磁放射を、基層１３０と結合した少なくとも１つの検出器（例えば、図１中の少なくとも１つの検出器１１５）へ導くことができる。この電磁放射の検出に基づいて、物体６１０に関する情報が決定されてよい。
例えば図７に図示するように、偏向構造１４０は、物体（例えば図６中の物体６１０）によって反射され、少なくとも１つの検出器１１５へ向かって光学タッチパッドへ戻る途中の放射を偏向させるように機能することができる。例えば、電磁放射７１２は、偏向構造１４０と基層１３０の間の臨界角よりも大きな入射角にて、偏向構造１４０の表面上に入射してよい。このようなケースでは、電磁放射７１２は偏向構造１４０によって内部全反射され、これにより電磁放射が、ＴＩＲミラー１３６と１３８の間の内部全反射によって基層１３０内に閉じ込められる。別の例では、電磁放射７１４は、偏向構造１４０と基層１３０の間の臨界角よりも小さい入射角で偏向構造１４０上に入射することで、偏向構造１４０と基層１３０の間の境界にて屈曲する場合がある。次に、電磁放射７１４は偏向構造１４０を通過して基層１３０内へ戻り、再び偏向構造１４０と基層１３０の間の境界において、ＴＩＲミラー１３６と１３８の間の内部全反射によって電磁放射７１４を閉じ込める角度で屈曲する。
図８に進むと、電磁放射８１０（例えば、光学タッチパッド１１０の外縁に光学結合している１または複数のエミッタから発せられた電磁放射）が、ＴＩＲミラー１３４と１３６の間の内部全反射によって基層１３０内を移動する際に（例えば、電磁放射７１４、７１２、および／または７１４など）、電磁放射８１０の一部（電磁放射８１２として示す）が基層１３０を出た時点で、偏向構造１４０によって、ＴＩＲ１３６と１３８の間の臨界角よりも若干小さい角度で偏向されうる。この電磁放射８１２は光学タッチパッド１１０から発せられ、表面１２２付近に位置する（例えば、表面１２２の上に浮遊している）物体８１４上に入射してもよい。図８に描画したように、電磁放射８１２の一部（電磁放射８１６として示される）は物体８１４と相互作用し（例えば、反射、後方散乱など）、光学タッチパッド１１０へ戻ることができる。電磁放射８１６は、上述の方法のうち１つの方法で、電磁放射８１６が内部全反射によって基層１３０内に閉じ込められる入射角にて光学タッチパッド１１０へ戻ってよい。次に、電磁放射８１６は少なくとも１つの検出器１１５へ方向付けられてよく、これにより、物体８１４に関する情報（例えば位置情報、物体タイプ情報など）が電磁放射８１６の検出に基づいて決定されてよい。例えば、位置情報は三角測量法によって決定することができる。物体（例えば、浮遊物体、または光学タッチパッド１１０と接触している物体）に関する物体タイプ情報は、少なくとも１つの検出器１１５が検出した電磁放射の相対強度に基づいて決定できる。
電磁放射がＴＩＲミラー１３４、１３６にて内部全反射されながら基層１３０を進む際に、基層１３０と境界層１２８、１３２との間の境界にて欠陥が生じた結果、「エッジ反射」が生じうる。これらの欠陥によって生じたこのエッジ反射によって、望ましくなく、理想的でない電磁放射の比較的少量の散乱および／または反射が生じる可能性がある。これらのエッジ反射から生じるノイズを低減するために、ＴＩＲミラー１３４および／または１３６に吸収および／または偏向機構を採用することができる。例えば、境界層１２８と基層１３０の間、および／または境界層１３２と基層１３０の間に吸収性コーティングを付加することが可能である。
図７、図８では、多層導波路１１２を含んだ光学タッチパッド１１０の実施例における補助導波路層１１４の一般的な動作および機能性について述べたが、これは限定を意図したものでないことが理解されるべきである。光学タッチパッド１１０が多層導波路１１２を含んでいなくてもよい実施例もいくつかあるが、これらの実施例では、光学タッチパッド１１０は多層導波路１１２の代わりに補助導波路層１１４を含んでよいことになっている（例えばいくつかの例では、ガラス層のような保護層でカバーされている）。これに加えて、多層導波路１１２と補助導波路層１１４の間に別の層を提供することもできる。いくつかの実施例では、基層１３０を、これに光学結合している少なくとも１つの検出器に電磁放射を方向付けるために使用することで、多層導波路１１２が屈折率の異なる（例えば、表面１２２から離れた場所にある導波路層へ降下する屈折率）複数の導波路層を、上述したものとは違う配列で含むことが可能となる。
例えば図９は、多層導波路１１２と補助導波路１１４を含んだ光学タッチパッド１１０の実施例を図示しており、ここでは、多層導波路１１２は第１導波路層１１８、第２導波路層１２０、第３導波路層９１０を含んでいてよい。第３導波路層９１０は、第２導波路層１２０と第１境界層１２８の間に形成することができる。第３の導波路層９１０は、第２の屈折率より高い第３の屈折率を有していてよい。これにより、第２導波路層１２０と第３導波路層９１０の間にＴＩＲミラー９１２が形成され、また、第３導波路層９１０と第１境界層１２８の間にＴＩＲミラー１３４が形成される。
物体９１４が表面１２２と接触すると、電磁放射９１６（例えば、ディスプレイ１１６から発せられ表面１２２を透過する放射、光学タッチパッド１１０の外縁に光学結合している１または複数のエミッタから発せられた電磁放射など）が物体９１４と相互作用（例えば反射、後方散乱など）し、これにより、物体９１４および表面１２２の間の接触によって電磁放射９１６の一部が分散し、多層導波路１１２へ戻る場合がある（戻り電磁放射９１８として図示される）。戻り電磁放射９１８は、ＴＩＲミラー１２６の臨界角よりも大きな入射角でＴＩＲミラー１２６に入射できる電磁放射９２０を含んでいてよい。ＴＩＲミラー１２４、１２６での内部全反射のために、電磁放射９２０は、第１導波路層１１８に光学結合している少なくとも１つの検出器１１５へ方向付けられてよい。
図９に図示した実施例では、第１導波路層１１８と第３導波路層９１０は１または複数の比較的堅く硬質の材料で形成でき、第２導波路層１２０は比較的軟質で曲げ易い材料で形成できる。そのため、物体９２２が表面１２２と接触する場合があり、物体９２２によって付加された力により多層導波路１１２が変形しうる。より詳細には、物体９２２によって付加された力により、第１導波路層１１８内に凹み９２４が形成され、これは第２導波路層１２０を圧迫しうる。物体９２２と表面１２２の間の接触により、電磁放射９１６の一部が電磁放射９１８として多層導波路１１２へ戻されうる。第１導波路層１１８には凹み９２４があるが、電磁放射９１８の一部は第１導波路層１１８を通過して、第３導波路層９１０と第１境界層１２８の間の臨界角よりも大きな、多層導波路１１２に対する或る入射角にて、第２導波路層１２０内に入射することができる（電磁放射９２６として図示される）。電磁放射９２６は第３導波路層９１０内に閉じ込められてよく、これに結合している少なくとも１つの検出器１１５に方向付けられてよい。
光学タッチパッドに異なる物体タイプ（例えば、物体９２２の物体タイプと物体９２２の物体タイプ）を区別させるために、第１導波路層１１８、第２導波路層１２０、および／または第３導波路層９１０の相対的な硬性／柔軟性と、第１、第２、第３屈折率を決定することができる。より具体的には、第１導波路層１１８、第２導波路層１２０、および／または第３導波路層９１０のこうした性質は、より柔軟な物体と表面１２２が接触しても、電磁放射９２６がＴＩＲミラー１２６を通過できるようにするために、表面１２２に凹み９２４は形成されないが、しかし、表面１２２に硬質な物体が接触した場合には凹み９２４が形成されるように、選択されてよい。これにより、少なくとも1つの検出器１１５が受容した電磁放射が、内部全反射により第３導波路層９１０内に閉じ込められた電磁放射９２６を含んでいるか否かを決定することで、物体（例えば物体９２２、物体９１４など）の物体タイプを決定することができる。少なくとも１つの検出器１１５が検出した電磁放射９１８および／または電磁放射９２６により、さらに、表面１２２に接触している物体に関連した位置情報を、上述の方法のうち１つによって取得できるようになる。
図９に図示した多層導波路１１２の構成に補助層１１４を含めることは限定にはならない。しかし、補助層１１４を含める実施例では、補助層１１４によって、表面１２２付近にあるが接触はしていない物体９３０に関する情報の取得が可能となる。例えば、補助層１１４は、物体９３０に関する位置情報または他の情報の決定を可能にするべく、電磁放射を少なくとも１つの検出器１１５へ方向付けるために、図８に関連して上述した方法で機能することができる。
例えば図１０は、１または複数の実施例による、多層導波路１１０と基層１３０の間に空気層１０１０を含んだ光学タッチパッド１１０を図示する。空気層１０１０は、多層導波路１１２を補助導波路層１１４上に支持するための、支持構造１０１４によって提供された１または複数の空気ポケット１０１２を含むことができる。このような実施例では、空気層１１０はＴＩＲミラー１３４を形成でき、さらに空気層１１０と境界層１２８の間にＴＩＲミラー１０１６を形成できる。支持構造１０１４はまた、多層導波路１１２と下方表面（例えば、補助導波路層１１４の表面）の間に接触点を提供することができ、この接触点から比較的少量の電磁放射が侵入し、内部全反射により捕獲されるようになってよい。次に、この電磁放射は様々な角度で多層導波路１１２内を通過する。この様々な角度には、上述したように、電磁放射が表面１２２の上に浮遊している物体(図示せず)から光学タッチパッド１１０へ戻ることを可能にする角度も含まれる。図示にあるように、支持構造１０１４は先細りしていてよく、幅が狭い側１０１８がディスプレイ１１６に向けて配置され、幅広い側１０２０が表面１２２に向けて配置されていてよい。別の実施例ではこの方位を逆にしてもよいが、しかし、そのような実施例では、支持構造１０１４によって生じたノイズを低減し、さらに、浮遊物体に関する情報を決定するために使用されうる電磁放射の量を低減することができる。
いくつかの実施例では、拡散層１０２２は拡散構造１０２４を含んでいてよい。拡散構造１０２４は、ディスプレイ１１６から発せられた電磁放射を拡散させることで、１または複数の望ましくない光学アーチファクトを抑制することができる。例えば、望ましくない光学アーチファクトには、湿潤、ニュートン（Ｎｅｗｔｏｎ）リング、モアレ縞、その他の望ましくない光学アーチファクトが含まれうる。拡散構造１０２２は抗反射性ナノ構造を含んでいてよい。
図１１は、物体に関する情報を決定するための１１１０の例証的な図示である。例えば、１１１０は物体の位置情報（例えば、位置、速度、加速、ジャークなど）、物体の物体タイプ、および／または物体に関するこれ以外の情報を決定することができる。１１１０はディスプレイデバイス１１１２、光学タッチパッド１１０、デバイス１１１４、および／または他の構成部品を含んでいてよい。１１１０は、光学タッチパッド１１０の表面１２２に接触する物体の物体タイプ、表面１２２に対する物体の位置情報、および／または他の情報の決定を可能にしうる。
いくつかの実施例では、画像を形成するべくディスプレイ１１６から発せられた電磁放射が光学タッチパッド１１０を透過することで、ユーザがこの画像を見ることができるようにするために、光学タッチパッド１１０をディスプレイデバイス１１１２の画像形成ディスプレイ１１６の上に搭載することができる。例えば、上述したように、光学タッチパッド１１０はディスプレイ１１６上に直接積層することができる。ディスプレイデバイス１１１２とディスプレイ１１６は、フラットパネルディスプレイのような電子ディスプレイや、これ以外の基礎物体を含むが、しかしこれに限定されるものではない。例えば、車のダッシュボード、玩具、標識、ＡＴＭ、家電のような基礎物体、および／またはこれ以外の基礎物体は、ディスプレイデバイス１１１２およびディスプレイ１１６として機能できる。光学タッチパッド１１０はディスプレイ１１６の一部の上、ディスプレイ１１６全体の上に搭載したり、ディスプレイ１１６の１または複数の境界と重ねて搭載したり、あるいはディスプレイ１１６に搭載することができる。
本発明の様々な実施例によれば、光学タッチパッド１１０は、デバイス１１１４と動作可能に結合しうる少なくとも１つの検出器１１５を含むことができる。上述したように、光学タッチパッド１１０は、物体に入射された電磁放射の一部を少なくとも１つの検出器１１５へ方向付けることができる。少なくとも１つの検出器１１５は、受容した電磁放射に基づいて１または複数の信号を生成してもよい。より具体的には、いくつかの例において、１または複数の信号は電磁放射の１または複数の性質を表す（例えば跳ね角、強度など）。１または複数の信号は検出器１１５からデバイス１１１４へ、これらの間の動作結合を介して送信されてよく、また、デバイス１１１４は、この１または複数の信号に基づいて、物体に関する情報を決定することができる。
本発明の１または複数の実施形態による光学タッチパッドの例証的な図である。 本発明の１または複数の実施形態による光学タッチパッドの例証的な図である。 本発明の１または複数の実施形態による光学タッチパッドの例証的な図である。 本発明の１または複数の実施形態による光学タッチパッドの例証的な図である。 本発明の１または複数の実施形態による光学タッチパッドの例証的な図である。 本発明の１または複数の実施形態による光学タッチパッドの例証的な図である。 本発明の１または複数の実施形態による光学タッチパッドの例証的な図である。 本発明の１または複数の実施形態による偏向構造の例証的な図である。 本発明の１または複数の実施形態による光学タッチパッドの例証的な図である。 本発明の１または複数の実施形態による光学タッチパッドの例証的な図である。 本発明の１または複数の実施形態によるタッチパッドシステムの例証的な図である。

Claims (134)

  1. 光学タッチパッドの外面に対する物体の位置を決定するための前記光学タッチパッドであって、前記光学タッチパッドは、
    多層導波路を備え、前記多層導波路は、
    第１ＴＩＲミラー表面に少なくとも片面が隣接する第１導波路層を備え、前記第１導波路層は第１屈折率を有し、
    第２ＴＩＲミラー表面に少なくとも片面が隣接する第２導波路層をさらに備え、前記第２導波路層は第２屈折率を有し、
    前記多層導波路は、電磁放射を内部全反射によって少なくとも１つの検出器へ方向付けすることで、前記検出器が前記外面に対する前記物体の位置を決定できるように設計されている、光学タッチパッド。
  2. 前記第１屈折率は前記第２屈折率よりも高い、請求項１に記載のタッチパッド。
  3. 前記第１屈折率は前記第２屈折率よりも高く、前記第２導波路層は、前記第１導波路層の、前記光学タッチパッドの外面とは反対にあたる側にある、請求項１に記載のタッチパッド。
  4. 前記多層導波路は、前記外面と接触している物体から受容した電磁放射の跳ね角を区画化するための複数のＴＩＲミラーを形成する、請求項１に記載のタッチパッド。
  5. 前記多層導波路は、前記外面に接触している、または前記外面の上に浮遊している物体から受容した電磁放射の跳ね角を区画化するための複数のＴＩＲミラーを形成する、請求項１に記載のタッチパッド。
  6. 前記第１導波路層の表面は前記光学タッチパッドの外面を備えている、請求項１に記載のタッチパッド。
  7. 前記光学タッチパッドは少なくとも１つの追加の層を備えており、前記光学タッチパッドの前記外面は前記追加の層の表面を備えている、請求項１に記載のタッチパッド。
  8. 前記光学タッチパッドは少なくとも１つの追加の層を備え、前記光学タッチパッドの前記外面は前記追加の層の表面を備えており、さらに、前記少なくとも１つの追加の層は比較的柔軟な層を前記外面付近に備えており、前記柔軟な層に物体が触れると、前記柔軟な層が変形して、さもなければＴＩＲによって捕獲されてしまう放射を前記物体に照射し、ＴＩＲによって１または複数の導波路層内に捕獲される可能性のある、前記物体からの後方散乱光を受容できるようになる、請求項１に記載のタッチパッド。
  9. 前記第１導波路層は、前記光学タッチパッドの外面を備えた比較的硬質の層と、前記外層に直接近接している比較的曲げ易い層とを備えており、前記外層に外部から力が付加されると、前記外層が変形して前記曲げ易い層内にまで入り込み、前記曲げ易い層は、前記多層導波路内の他の層に実質的に応力をかけることなく圧縮する、請求項１に記載のタッチパッド。
  10. 前記比較的硬質な層と前記比較的曲げ易い層は屈折率が一致している、請求項９に記載のタッチパッド。
  11. 前記第１導波路層は、前記光学タッチパッドの外面を備えた比較的硬質な層を備え、前記第２導波路層は比較的曲げ易い層を備えており、前記第１導波路層に外部から力が付加されると、前記第１導波路層が変形して前記第２導波路層内にまで入り込み、前記第２導波路層は前記多層導波路内の他の層に実質的に応力をかけることなく圧縮する、請求項１に記載のタッチパッド。
  12. 前記第１屈折率は前記第２屈折率よりも高い、請求項１１に記載のタッチパッド。
  13. 前記多層導波路はさらに、ＴＩＲミラーによって仕切られた基層と、電磁放射を前記基層内へ、および前記基層から外へ偏向させるための複数の偏向構造を備えている、請求項１に記載のタッチパッド。
  14. 前記多層導波路は、ｉ）前記外面と接触する物体からの電磁放射を受容するように位置決めされており、前記物体は、少なくとも、第１屈折特徴を有する第１タイプの物体または第２屈折特徴を有する第２タイプの物体のうちの一方であり、前記多層導波路はさらに、ｉｉ）プロセッサが少なくとも１つの検出器から少なくとも１つの信号を受信し、物体のタイプを決定できるように、前記受容した電磁放射を、内部全反射によって前記少なくとも１つの検出器に方向付けるように位置決めされている、請求項１に記載のタッチパッド。
  15. 前記第１物体タイプは屈折性の比較的高い物体タイプを備え、前記第２物体タイプは屈折性の比較的低い物体タイプを備えている、請求項１４に記載のタッチパッド。
  16. 前記第１物体タイプはペン型入力機器を備え、前記第２物体タイプは人間の組織を備える、請求項１４に記載のタッチパッド。
  17. 前記屈折特徴は、前記物体によって屈折した電磁放射の跳ね角に関連している、請求項１４に記載のタッチパッド。
  18. 前記多層導波路はさらに、１または複数の追加の導波路層を備えており、前記追加の導波路層のそれぞれは、少なくとも片面がＴＩＲミラーに隣接しており、前記追加の導波路層のそれぞれは、前記多層導波路内の他の導波路層の屈折率と異なる屈折率を有する、請求項１に記載のタッチパッド。
  19. 前記導波路層は前記多層導波路内に屈折率順に配列されており、この場合、屈折率が最も高い導波路層が前記光学タッチパッドの外面に最も接近して配置され、屈折率が最も低い導波路層が前記外面から最も離れた場所に配置されている、請求項１８に記載のタッチパッド。
  20. 前記光学タッチパッドの外面は耐スクラッチ性質を備えている、請求項１に記載のタッチパッド。
  21. 前記光学タッチパッドの外面は疎水性質を備えている、請求項１に記載のタッチパッド。
  22. 前記光学タッチパッドの外面はアンチグレア性質を備えている、請求項１に記載のタッチパッド。
  23. 前記光学タッチパッドの外面にまだら状の低屈折率アンチグレアコーティングが付加されている、請求項２２に記載のタッチパッド。
  24. 前記多層導波路と前記光学タッチパッドのこれに隣接する層との間に空気の層が形成されるように前記多層導波路を支持する構造によって支持された空気層をさらに備える、請求項１に記載のタッチパッド。
  25. 前記多層導波路はさらに、前記空気層内に配置された抗反射性ナノ構造を備えている、請求項２４に記載のタッチパッド。
  26. 前記第１導波路層は、前記光学タッチパッドの外面を備えた比較的硬質な層と、前記外層に直接隣接した比較的曲げ易い層とを備えており、前記曲げ易い層と前記外層は実質的に屈折率が一致しており、前記外層に外部から力が付加されると、前記外層が変形して前記曲げ易い層の内部へ入り込み、前記曲げ易い層は、前記多層導波路内の他の層に実質的に応力をかけることなく圧縮し、前記多層導波路はさらに、空気ポケットを備えた層と、前記空気ポケットを備えた層内に配置された抗反射性ナノ構造と、角度選択的なＴＩＲミラーとを備えており、前記空気ポケットを備える層はさらに、前記空気ポケットを備える層の付近に、複数の層を、間に空気ポケットが形成される形で支持するための支持構造を備えている、請求項１に記載のタッチパッド。
  27. 前記第２導波路層は、前記第１導波路層の、前記タッチパッドの外層とは反対にあたる側に配置されており、前記空気ポケットを備える層は、前記第２導波路層の、前記第１導波路層とは反対にあたる側に配置されており、前記角度選択的なＴＩＲミラーは、前記空気ポケットを備える層の、前記第２導波路層とは反対にあたる側に配置されている、請求項２６に記載のタッチパッド。
  28. 前記多層導波路は、前記第２導波路層と前記空気ポケットを備える層との間に配置されたＴＩＲミラー分離層を備えている、請求項２７に記載のタッチパッド。
  29. 前記ＴＩＲミラーはディスプレイ上に直接搭載することができる、請求項２６に記載のタッチパッド。
  30. 前記ディスプレイは電子ディスプレイを備えている、請求項２９に記載のタッチパッド。
  31. 前記ディスプレイはコンピュータモニタまたはテレビディスプレイを備えている、請求項２９に記載のタッチパッド。
  32. 前記ディスプレイは、モバイル電子デバイスのディスプレイを備えている、請求項２９に記載のタッチパッド。
  33. 前記多層導波路はさらに、前記光学タッチパッドの外面とは反対側に多層導波路の表面を形成するＴＩＲミラーを備えており、前記ＴＩＲミラーはディスプレイ上に直接搭載可能である、請求項２６に記載のタッチパッド。
  34. 前記ディスプレイは電子ディスプレイを備えている、請求項３３に記載のタッチパッド。
  35. 前記ディスプレイはコンピュータモニタまたはテレビディスプレイを備えている、請求項３３に記載のタッチパッド。
  36. 前記ディスプレイはモバイル電子デバイスのディスプレイを備えている、請求項３３に記載のタッチパッド。
  37. 前記光学タッチパッドの外面とは反対側にあたる前記多層導波路の表面は、前記多層導波路の表面と前記ディスプレイの表面との間にＴＩＲミラーが形成される形でディスプレイの表面と接触する、請求項１に記載のタッチパッド。
  38. 前記ディプレイは電子ディスプレイを備えている、請求項３７に記載のタッチパッド。
  39. 前記ディスプレイはコンピュータモニタまたはテレビディスプレイを備えている、請求項３７に記載のタッチパッド。
  40. 前記ディスプレイはモバイル電子デバイスのディスプレイを備えている、請求項３７に記載のタッチパッド。
  41. 前記検出器は指向性検出器を備えている、請求項１に記載のタッチパッド。
  42. 第１境界屈折率を有し、前記多層導波路上の前記外面とは反対側に配置された第１境界層と、
    第２境界屈折率を有する第２境界層と、
    高い屈折率を有し、前記第１境界層と前記第２境界層の間に配置された基層と、
    構造屈折率を有し、前記基層内に配置されている複数の偏向構造とをさらに備え、
    前記第１および第２境界屈折率と前記構造屈折率は前記基層の屈折率よりも低く、前記第１および第２境界層、前記基層、前記偏向構造は、前記基層内で前記偏向構造が電磁放射を偏向し、前記偏向された電磁放射が前記基層内で内部全反射によって前記少なくとも１つの検出器へ導かれ、これにより前記検出器が前記外面に対する前記物体の位置を決定できるように設計されている、請求項１に記載のタッチパッド。
  43. 前記タッチパッドはディスプレイ層に直接搭載されており、前記ディスプレイ層は、ディスプレイ層が第２境界層として機能するためにディスプレイにとって不可欠な構成部品である、請求項４２に記載のタッチパッド。
  44. 前記基層内で内部全反射によって導かれた前記電磁放射により、前記物体が前記光学タッチパッドの外面の上に浮遊している場合に、前記検出器が前記外面に対する前記物体の位置を決定できるようになる、請求項４２に記載のタッチパッド。
  45. 統合された光学タッチパッドおよび画像形成ディスプレイであって、
    画像形成ディスプレイと、前記画像形成ディスプレイ上に積層された光学タッチパッドとを備え、前記光学タッチパッドは、前記光学タッチパッドの外面に対する物体の位置を決定することができ、前記光学タッチパッドは、
    多層導波路を備えており、前記多層導波路は、
    第１ＴＩＲミラー面に少なくとも片面が隣接する第１導波路層を備え、前記第１導波路層は第１屈折率を有し、
    第２ＴＩＲミラー面に少なくとも片面が隣接する第２導波路層をさらに備え、前記第２導波路は第２屈折率を有し、
    前記多層導波路は電磁放射を内部全反射によって少なくとも１つの検出器へ方向付けることにより、前記検出器が前記外面に対する前記物体の位置を決定できるようにする、統合された光学タッチパッドおよび画像形成ディスプレイ。
  46. 前記第１屈折率は前記第２屈折率よりも高い、請求項４５に記載のタッチパッドおよびディスプレイ。
  47. 前記第１屈折率は前記第２屈折率よりも高く、前記第２導波路層は、前記第１導波路層上の、前記光学タッチパッドの外面とは反対にあたる側にある、請求項４５に記載のタッチパッドおよびディスプレイ。
  48. 前記多層導波路は、前記外面と接触している物体から受容した電磁放射の跳ね角を区画化するために複数のＴＩＲミラーを形成する、請求項４５に記載のタッチパッドおよびディスプレイ。
  49. 前記多層導波路は、前記外面と接触している、または前記外面の上に浮遊している物体から受容した電磁放射の前記跳ね角を区画化するために複数のＴＩＲミラーを形成する、請求項４５に記載のタッチパッドおよびディスプレイ。
  50. 前記第１導波路層の表面は前記光学タッチパッドの外面を備えている、請求項４５に記載のタッチパッドおよびディスプレイ。
  51. 前記光学タッチパッドは少なくとも１つの追加の層を備え、前記光学タッチパッドの外面は前記追加の層の表面を備えている、請求項４５に記載のタッチパッドおよびディスプレイ。
  52. 前記光学タッチパッドは少なくとも１つの追加の層を備え、前記光学タッチパッドの外面は前記追加の層の表面を備えており、さらに、前記少なくとも１つの追加の層は比較的柔軟な層を前記外面付近に備えており、前記柔軟な層に物体が触れると、前記柔軟な層が変形して、さもなければＴＩＲによって捕獲されてしまう放射に前記物体を照射させ、ＴＩＲによって前記導波路層のうち１または複数の内部に捕獲される可能性のある、前記物体から後方に散乱した光を受容することが可能となる、請求項４５に記載のタッチパッドおよびディスプレイ。
  53. 前記第１導波路層は、前記光学タッチパッドの外面を備えた比較的硬質な層と、前記外層に直接近接している比較的曲げ易い層とを備えており、前記外層に外部から力が加わると、前記外層が変形して前記曲げ易い層内に入り込み、前記曲げ易い層は、前記多層導波路内の他の層に実質的に応力をかけることなく圧縮する、請求項４５に記載のタッチパッドおよびディスプレイ。
  54. 前記比較的硬質な層と前記比較的曲げ易い層の屈折率は一致する、請求項４５に記載のタッチパッドおよびディスプレイ。
  55. 前記第１導波路層は前記光学タッチパッドの外面を備えた比較的硬質な層を備え、前記第２導波路層は比較的曲げ易い層を備えており、前記第１導波路層に外部から力が加わると、前記第１導波路層が変形して前記第２導波路層内に入り込み、前記第２導波路層は、前記多層導波路内の他の層に実質的に応力をかけることなく圧縮する、請求項４５に記載のタッチパッドおよびディスプレイ。
  56. 前記第１屈折率は前記第２屈折率よりも高い、請求項５３に記載のタッチパッドおよびディスプレイ。
  57. 前記多層導波路はさらに、ＴＩＲミラーによって仕切られた基層と、電磁放射を前記基層内へ偏向させるための複数の偏向構造とを備えている、請求項４５に記載のタッチパッドおよびディスプレイ。
  58. 前記多層導波路は、ｉ）前記外面と接触する物体からの電磁放射を受容するように位置決めされており、前記物体は、第１屈折特徴を有する少なくとも第１タイプの物体、または第２屈折特徴を有する第２タイプの物体のうちの一方であり、前記多層導波路はさらに、ｉｉ）プロセッサが少なくとも１つの検出器から少なくとも１つの信号を受信し、前記物体のタイプを決定できるようにするために、前記受容した電磁放射を、内部全反射によって少なくとも１つの検出器へ方向付けるように位置決めされている、請求項４５に記載のタッチパッドおよびディスプレイ。
  59. 前記第１の物体タイプは比較的高い物体屈折率を備え、前記第２の物体タイプは比較的低い物体屈折率を備える、請求項５６に記載のタッチパッドおよびディスプレイ。
  60. 前記第１の物体タイプはペン型入力機器を備え、前記第２の物体タイプは人間の組織を備えている、請求項５７に記載のタッチパッドおよびディスプレイ。
  61. 前記屈折特徴は前記物体によって屈折した電磁放射の跳ね角に関連する、請求項５８に記載のタッチパッドおよびディスプレイ。
  62. 前記多層導波路はさらに、１または複数の追加の導波路層を備え、前記追加の導波路層のそれぞれは少なくとも片面がＴＩＲミラーにに隣接しており、前記追加の導波路層のそれぞれは、前記多層導波路内の他の導波路層の屈折率とは異なる屈折率を有する、請求項４５に記載のタッチパッドおよびディスプレイ。
  63. 前記導波路層は前記多層導波路内に屈折率順で配列されており、この場合、屈折率の最も高い前記導波路層は前記光学タッチパッドの外面に最も接近して配置され、屈折率の最も低い前記導波路層は前記外面から最も離れた場所に配置されている、請求項６０に記載のタッチパッドおよびディスプレイ。
  64. 前記光学タッチパッドの外面は耐スクラッチ性質を備えている、請求項４５に記載のタッチパッドおよびディスプレイ。
  65. 前記光学タッチパッドの外面は疎水性質を備えている、請求項４５に記載のタッチパッドおよびディスプレイ。
  66. 前記光学タッチパッドの外面はアンチグレア性質を備えている、請求項４５に記載のタッチパッドおよびディスプレイ。
  67. 前記光学タッチパッドの外面には、まだら状の低屈折率アンチグレアコーティングが付加されている、請求項６１に記載のタッチパッドおよびディスプレイ。
  68. 空気層をさらに備え、前記空気層は、前記多層導波路と、これに隣接する前記光学タッチパッドまたはディスプレイの層との間に形成される形で、前記多層導波路を支持する構造によって支持されている、請求項４５に記載のタッチパッドおよびディスプレイ。
  69. 前記多層導波路はさらに、前記空気層内に配置された抗反射性ナノ構造を備えている、請求項４５に記載のタッチパッドおよびディスプレイ。
  70. 前記第１導波路層は前記光学タッチパッドの外面を備えた比較的硬質な層と、前記外層に直接隣接した比較的曲げ易い層とを備えており、前記曲げ易い層と前記外層は実質的に屈折率が一致しており、前記外層に外部から力が付加されると、前記外層が変形して前記曲げ易い層の内部へ入り込み、前記曲げ易い層は、前記多層導波路内の他の層に実質的に応力をかけることなく圧縮し、前記多層導波路はさらに、空気ポケットを備えた層と、前記空気ポケットを備えた層内に配置された抗反射性ナノ構造と、角度選択的なＴＩＲミラーとを備えており、前記空気ポケットを備える層はさらに、前記空気ポケットを備える層の付近に、複数の層を、間に空気ポケットが形成される形で支持するための支持構造を備えている、請求項４５に記載のタッチパッドおよびディスプレイ。
  71. 前記第２導波路層は、前記第１導波路層の、前記タッチパッドの外面とは反対にあたる側に配置されており、前記空気ポケットを備える層は、第２導波路層の、前記第１導波路層とは反対にあたる側に配置されており、前記角度選択的なＴＩＲミラーは、前記空気ポケットを備える層の、前記第２導波路層とは反対にあたる側に配置されている、請求項６５に記載のタッチパッドおよびディスプレイ。
  72. 前記多層導波路は、前記第２導波路層と前記空気ポケットを備える層との間に配置されたＴＩＲミラーを備えている、請求項６６に記載のタッチパッドおよびディスプレイ。
  73. 前記ＴＩＲミラーはディスプレイ上に直接搭載することができる、請求項６７に記載のタッチパッドおよびディスプレイ。
  74. 前記ディスプレイは電子ディスプレイを備えている、請求項４５に記載のタッチパッドおよびディスプレイ。
  75. 前記ディスプレイはコンピュータモニタまたはテレビディスプレイを備えている、請求項４５に記載のタッチパッドおよびディスプレイ。
  76. 前記ディスプレイは、モバイル電子デバイスのディスプレイを備えている、請求項４５に記載のタッチパッドおよびディスプレイ。
  77. 前記多層導波路の前記光学タッチパッドの外面とは反対側の面と前記ディスプレイとの間にＴＩＲミラーが形成されるように、前記多層導波路は前記ディスプレイに直接搭載されている、請求項４５に記載のタッチパッドおよびディスプレイ。
  78. 前記多層導波路は、ディスプレイ内に一体的に含まれた実質的に透明な基板の外面に直接搭載されており、これにより、前記実質的に透明な基板は、前記多層導波路と前記実質的に透明な基板の外面との間の境界に形成された前記ＴＩＲミラーと、前記実質的に透明な基板の内面と前記ディスプレイ内の空気との間の境界に形成されたＴＩＲミラーのうち一方または両方にて発生した、前記実質的に透明な基板内の内部全反射によって電磁放射を方向付けられる導波路層を形成することができる、請求項７２に記載のタッチパッドおよびディスプレイ。
  79. 前記検出器は指向性検出器を備えている、請求項４５に記載のタッチパッドおよびディスプレイ。
  80. 第１境界屈折率を有し、前記多層導波路上の前記外面とは反対側に配置された第１境界層と、
    第２境界屈折率を有する第２境界層と、
    基層屈折率を有し、前記第１境界層と前記第２境界層の間に配置された基層と、
    構造屈折率を有し、前記基層内に配置されている複数の偏向構造とをさらに備え、
    前記第１および第２境界屈折率と前記構造屈折率は前記基層の屈折率よりも低く、前記第１および第２境界層、前記基層、前記偏向構造は、前記基層内で前記偏向構造が電磁放射を偏向し、前記偏向された電磁放射が前記基層内で内部全反射によって前記少なくとも１つの検出器へ導かれ、これにより前記検出器が前記外面に対する前記物体の位置を決定できるように設計されている、請求項４５に記載のタッチパッドおよびディスプレイ。
  81. 前記タッチパッドはディスプレイ層に直接搭載されており、前記ディスプレイ層は、ディスプレイ層が第２境界層として機能するためにディスプレイにとって不可欠な構成部品である、請求項７５に記載のタッチパッドおよびディスプレイ。
  82. 前記基層内で内部全反射によって導かれた前記電磁放射により、前記物体が前記光学タッチパッドの外面の上に浮遊している場合に、前記検出器が前記外面に対する前記物体の位置を決定できるようになる、請求項７５に記載のタッチパッドおよびディスプレイ。
  83. 光学タッチパッドの外面に対する物体の位置を決定する光学タッチパッドシステムであって、前記光学タッチパッドシステムは、
    多層導波路を備えており、前記多層導波路は、
    第１ＴＩＲミラー面に少なくとも片面が隣接する第１導波路層を備え、前記第１導波路層は第１屈折率を有し、
    第２ＴＩＲミラー面に少なくとも片面が隣接する第２導波路層をさらに備え、前記第２導波路は第２屈折率を有し、
    前記多層導波路の少なくとも１つの層から電磁放射を受容し、前記光学タッチパッドの外面に対する前記物体の位置に関する信号を生成するための少なくとも１つの検出器さらに備え、
    前記光学タッチパッドシステムは多層導波路をさらに備えており、前記多層導波路は、ｉ）前記光学タッチパッドの外面に対する物体の位置によって影響を受ける特徴を有する電磁放射を受容するように位置決めされており、また、ｉｉ）前記受容された電磁放射を内部全反射によって前記少なくとも１つの検出器へ方向付けるように位置決めされており、
    前記少なくとも１つの検出器から少なくとも１つの信号を受信し、前記物体に関する位置情報を決定するプロセッサをさらに備える、光学タッチパッドシステム。
  84. 前記第１屈折率は前記第２屈折率よりも高い、請求項７８に記載のシステム。
  85. 前記第１屈折率は前記第２屈折率よりも高く、前記第２導波路層は、前記第１導波路層上の、前記光学タッチパッドの外面とは反対にあたる側にある、請求項７８に記載のシステム。
  86. 前記多層導波路は、前記外面と接触している物体から受容した電磁放射の跳ね角を区画化するために複数のＴＩＲミラーを形成する、請求項７８に記載のシステム。
  87. 前記多層導波路は、前記外面と接触している、または前記外面の上に浮遊している物体から受容した電磁放射の前記跳ね角を区画化するために複数のＴＩＲミラーを形成する、請求項７８に記載のシステム。
  88. 前記第１導波路層の表面は前記光学タッチパッドの外面を備えている、請求項７８に記載のシステム。
  89. 前記光学タッチパッドは少なくとも１つの追加の層を備え、前記光学タッチパッドの外面は前記追加の層の表面を備えている、請求項７８に記載のシステム。
  90. 前記光学タッチパッドは少なくとも１つの追加の層を備え、前記光学タッチパッドの外面は前記追加の層の表面を備えており、さらに、前記少なくとも１つの追加の層は比較的柔軟な層を前記外面付近に備えており、前記柔軟な層に物体が触れると、前記柔軟な層が変形して、さもなければＴＩＲによって捕獲されてしまう放射に前記物体を照射させ、ＴＩＲによって前記導波路層のうち１または複数の内部に捕獲される可能性のある、前記物体から後方に散乱した光を受容することが可能となる、請求項７８に記載のシステム。
  91. 前記第１導波路層は、前記光学タッチパッドの外面を備えた比較的硬質な層と、前記外層に直接近接している比較的曲げ易い層とを備えており、前記外層に外部から力が加わると、前記外層が変形して前記曲げ易い層内に入り込み、前記曲げ易い層は、前記多層導波路内の他の層に実質的に応力をかけることなく圧縮する、請求項７８に記載のシステム。
  92. 前記比較的硬質な層と前記比較的曲げ易い層の屈折率は一致する、請求項８６に記載のシステム。
  93. 前記第１導波路層は前記光学タッチパッドの外面を備えた比較的硬質な層を備え、前記第２導波路層は比較的曲げ易い層を備えており、前記第１導波路層に外部から力が加わると、前記第１導波路層が変形して前記第２導波路層内に入り込み、前記第２導波路層は、前記多層導波路内の他の層に実質的に応力をかけることなく圧縮する、請求項７８に記載のシステム。
  94. 前記第１屈折率は前記第２屈折率よりも高い、請求項８８に記載のシステム。
  95. 前記多層導波路はさらに、ＴＩＲミラーによって仕切られた基層と、電磁放射を前記基層内へ偏向させるための複数の偏向構造とを備えている、請求項７８に記載のシステム。
  96. 前記多層導波路は、ｉ）前記外面と接触する物体からの電磁放射を受容するように位置決めされており、前記物体は、第１屈折特徴を有する少なくとも第１タイプの物体、または第２屈折特徴を有する第２タイプの物体のうちの一方であり、前記多層導波路はさらに、ｉｉ）プロセッサが少なくとも１つの検出器から少なくとも１つの信号を受信し、前記物体のタイプを決定できるようにするために、前記受容した電磁放射を、内部全反射によって少なくとも１つの検出器へ方向付けるように位置決めされている、請求項７８に記載のシステム。
  97. 前記第１の物体タイプは比較的高い物体屈折率を備え、前記第２の物体タイプは比較的低い物体屈折率を備える、請求項９１に記載のシステム。
  98. 前記第１の物体タイプはペン型入力機器を備え、前記第２の物体タイプは人間の組織を備えている、請求項９１に記載のシステム。
  99. 前記屈折特徴は前記物体によって屈折した電磁放射の跳ね角に関連する、請求項９１に記載のシステム。
  100. 前記多層導波路はさらに、１または複数の追加の導波路層を備え、前記追加の導波路層のそれぞれは少なくとも片面がＴＩＲミラーに隣接しており、前記追加の導波路層のそれぞれは、前記多層導波路内の他の導波路層の屈折率とは異なる屈折率を有する、請求項７８に記載のシステム。
  101. 前記導波路層は前記多層導波路内に屈折率順に配列されており、この場合、屈折率が最も高い前記導波路層は前記光学タッチパッドの外面に最も接近して配置され、屈折率が最も低い前記導波路層は前記外面から最も離れた場所に配置されている、請求項９５に記載のシステム。
  102. 前記光学タッチパッドの外面は耐スクラッチ性質を備えている、請求項７８に記載のシステム。
  103. 前記光学タッチパッドの外面は疎水性質を備えている、請求項７８に記載のシステム。
  104. 前記光学タッチパッドの外面はアンチグレア性質を備えている、請求項７８に記載のシステム。
  105. 前記光学タッチパッドの外面には、まだら状の低屈折率アンチグレアコーティングが付加されている、請求項９９に記載のシステム。
  106. 空気層をさらに備え、前記空気層は、前記多層導波路と、これに隣接する前記光学タッチパッドとの間に形成される形で、前記多層導波路を支持する構造によって支持されている、請求項７８に記載のシステム。
  107. 前記多層導波路はさらに、前記空気層内に配置された抗反射性ナノ構造を備えている、請求項１０１に記載のシステム。
  108. 前記第１導波路層は、前記光学タッチパッドの外面を備えた比較的硬質な層と、前記外層に直接隣接した比較的曲げ易い層とを備えており、前記曲げ易い層と前記外層は実質的に屈折率が一致しており、前記外層に外部から力が付加されると、前記外層が変形して前記曲げ易い層の内部へ入り込み、前記曲げ易い層は、前記多層導波路内の他の層に実質的に応力をかけることなく圧縮し、前記多層導波路はさらに、空気ポケットを備えた層と、前記空気ポケットを備えた層内に配置された抗反射性ナノ構造と、角度選択的なＴＩＲミラーとを備えており、前記空気ポケットを備える層はさらに、前記空気ポケットを備える層の付近に、複数の層を、間に空気ポケットが形成される形で支持するための支持構造を備えている、請求項７８に記載のシステム。
  109. 前記第２導波路層は、前記第１導波路層の、前記タッチパッドの外層とは反対にあたる側に配置されており、前記空気ポケットを備える層は、第２導波路層の、前記第１導波路層とは反対にあたる側に配置されており、前記角度選択的なＴＩＲミラーは、前記空気ポケットを備える層の、前記第２導波路層とは反対にあたる側に配置されている、請求項１０３に記載のシステム。
  110. 前記多層導波路は、前記第２導波路層と前記空気ポケットを備える層との間に配置されたＴＩＲミラー分離層を備えている、請求項１０４に記載のシステム。
  111. 前記ＴＩＲミラーはディスプレイ上に直接搭載することができる、請求項１０３に記載のシステム。
  112. 前記ディスプレイは電子ディスプレイを備えている、請求項１０６に記載のシステム。
  113. 前記ディスプレイはコンピュータモニタまたはテレビディスプレイを備えている、請求項１０６に記載のシステム。
  114. 前記ディスプレイは、モバイル電子デバイスのディスプレイを備えている、請求項１０６に記載のシステム。
  115. 前記多層導波路はさらに、前記光学タッチパッドの外面とは反対側に多層導波路の表面を形成するＴＩＲミラー分離層を備えており、前記ミラー分離層はディスプレイ上に直接搭載可能である、請求項１０３に記載のシステム。
  116. 前記ディスプレイは電子ディスプレイを備えている、請求項１１０に記載のシステム。
  117. 前記ディスプレイはコンピュータモニタまたはテレビディスプレイを備えている、請求項１１０に記載のシステム。
  118. 前記ディスプレイはモバイル電子デバイスのディスプレイを備えている、請求項１１０に記載のシステム。
  119. 前記光学タッチパッドの外面とは反対側にあたる前記多層導波路の表面は、前記多層導波路の表面と前記ディスプレイの表面との間にＴＩＲミラーが形成される形でディスプレイの表面と接触する、請求項７８に記載のシステム。
  120. 前記ディプレイは電子ディスプレイを備えている、請求項１１４に記載のシステム。
  121. 前記ディスプレイはコンピュータモニタまたはテレビディスプレイを備えている、請求項１１４に記載のシステム。
  122. 前記ディスプレイはモバイル電子デバイスのディスプレイを備えている、請求項１１４に記載のシステム。
  123. 前記検出器は指向性検出器を備えている、請求項７８に記載のシステム。
  124. 第１境界屈折率を有し、前記多層導波路上の前記外面とは反対側に配置された第１境界層と、
    第２境界屈折率を有する第２境界層と、
    基層屈折率を有し、前記第１境界層と前記第２境界層の間に配置された基層と、
    構造屈折率を有し、前記基層内に配置されている複数の偏向構造とをさらに備え、
    前記第１および第２境界屈折率と前記構造屈折率は前記基層の屈折率よりも低く、前記第１および第２境界層、前記基層、前記偏向構造は、前記基層内で前記偏向構造が電磁放射を偏向し、前記偏向された電磁放射が前記基層内で内部全反射によって前記少なくとも１つの検出器へ導かれ、これにより前記検出器が前記外面に対する前記物体の位置を決定できるように設計されている、請求項７８に記載のシステム。
  125. 前記タッチパッドはディスプレイ層に直接搭載されており、前記ディスプレイ層は、ディスプレイ層が第２境界層として機能するためにディスプレイにとって不可欠な構成部品である、請求項１１９に記載のシステム。
  126. 前記基層内で内部全反射によって導かれた前記電磁放射により、前記物体が前記光学タッチパッドの外面の上に浮遊している場合に、前記検出器が前記外面に対する前記物体の位置を決定できるようになる、請求項１１９に記載のシステム。
  127. 光学タッチパッドの表面に対する物体の位置を決定する方法であって、前記方法は、
    電磁放射を前記光学タッチパッドの表面にかけて伝播させることを備え、
    多層導波路内に後方散乱され、および／または前記物体によって反射された前記電磁放射の一部を受容することをさらに備え、前記多層導波路は第１屈折率を有する第１導波路層と、第２屈折率を有する第２導波路層とを備えており、
    前記受容した電磁放射を、内部全反射によって少なくとも１つの検出器へ方向付けることをさらに備え、
    内部全反射によって前記少なくとも１つの検出器へ方向付けられた前記電磁放射に基づいて、前記光学タッチパッドに対する前記物体の位置を決定することをさらに備える、方法。
  128. 前記少なくとも１つの検出器に方向付けられた前記電磁放射の特徴に基づいて、前記物体の物体タイプを決定するステップをさらに備える、請求項１２２に記載の方法。
  129. 光学タッチパッドの外面に対する物体の位置を決定するための光学タッチパッドであって、前記光学タッチパッドは、
    第１境界屈折率を有する第１境界層と、
    第２境界屈折率を有する第２境界層と、
    基層屈折率を有し、前記第１境界層と前記第２境界層の間に配置されている基層と、
    構造屈折率を有する複数の偏向構造とを備え、
    前記第１および第２の境界屈折率は前記基層の屈折率よりも低く、前記偏向構造は、偏向後の電磁放射を、前記基層内で内部全反射によって少なくとも１つの検出器へ導かれるよう偏向させ、これにより前記検出器が前記外面に対する前記物体の位置を決定できるように配列されている、光学タッチパッド。
  130. 前記偏向構造は前記基層内に配置されている、請求項１２４に記載の光学タッチパッド。
  131. 前記構造屈折率は前記基層屈折率よりも低い、請求項１２５に記載の光学タッチパッド。
  132. 多層導波路をさらに備える、請求項１２４に記載の光学タッチパッド。
  133. 光学タッチパッドの表面に対する物体の位置と、前記物体の物体タイプとを決定するために、少なくとも１つの検出器と共に使用する前記光学タッチパッドであって、前記光学タッチパッドは、
    複数の導波路層を備えた多層導波路を備えており、前記導波路層のそれぞれは一意の屈折率を有し、
    電磁放射を内部全反射によって前記少なくとも１つの検出器へ方向付けるべく、前記導波路層は、電磁放射の１または複数の特徴が前記外面に対する前記物体の位置を表し、前記電磁放射の１または複数の特徴が前記物体の物体タイプを表す形で前記多層導波路内に配列されている、光学タッチパッド。
  134. 光学タッチパッドシステムであって、
    複数の層から成る導波路を備えた多層導波路を備え、前記導波路は実質的に平坦であり相互に対して実質的に平行であり、
    少なくとも１つの検出器をさらに備え、前記検出器は、これに入射する電磁放射の１または複数の態様に関連した少なくとも１つの信号を生成し、
    前記多層導波路は、前記光学タッチパッドの外面に対する物体の位置を表す１または複数の特徴と、前記物体の物体タイプを表す１または複数の特徴とを設けた電磁放射を受容するように、また、前記受容した電磁放射を内部全反射によって少なくとも１つの検出器に方向付けるように位置決めされており、これにより、前記検出器によって生成された少なくとも１つの信号が、前記物体の位置を表す前記受信した電磁放射の１または複数の特徴と、前記物体の物体タイプを表す前記受信した電磁放射の１または複数の特徴と反映することができ、
    前記システムは、前記少なくとも１つの検出器から少なくとも１つの信号を受信し、前記物体の物体タイプと、前記物体に関する位置情報とを決定するプロセッサをさらに備える、光学タッチパッドシステム。
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