JP2010525485A - 複数の接触を検知するタッチスクリーン - Google Patents

Abstract

タッチスクリーンシステム(110)はタッチエリア(156)を有する。少なくとも１つのトランスミッタ(152,154)は、タッチエリアの外側縁部(157)の近くに配置されて、第１ビームを第１方向に送信する。少なくとも１つのビームスプリッタ(162,164)は、タッチエリアの外側縁部の近くに配置されて、第１ビームを少なくとも第２および第３ビームに分割し、第２および第３ビームはそれぞれタッチエリアの中を通って少なくとも第２および第３方向に送られる。少なくとも１つのビームスプリッタは複数の偏向エレメント(169)を有している。レシーバー(158,160)は、タッチエリアの外側縁部の近くに配置されて、少なくとも第２および第３ビームを受信する。

Description

本発明は、一般にタッチスクリーンに関し、より具体的には、複数の接触（multiple touches）を検知するために使われるタッチスクリーンに関する。

複数の接触（もしくはタッチ(touches)）を検知（もしくは感知）することについてのニーズまたは必要を伴うアプリケーション（applications）は、より一般的になりつつある。例えば、スクリーン上に標準的なキーボードを表示すること等によって情報を入力するグラフィカルインターフェースを用いるアプリケーションは、上段文字（upper-case character）を選択するシフトキーなどの、２つのキーを同時に選択するユーザーにも依存し得る。スクリーンがより小さくなると、複数のグラフィックス（graphics）を同時に選択することは、より小さいタッチスクリーンフットプリント（touchscreen footprint）の中でユーザーにインプット機能を提供するために望ましいことでもあり得る。ゲームおよびその他のマルチユーザーアプリケーションも、同じタッチスクリーンで相互に影響し合う２人もしくはそれ以上のユーザーからの接触を同時に検知することの必要性を増大させている。

いくつかの接触技術（touch technologies）、例えば大部分の抵抗方式および静電容量方式のタッチスクリーン等は、同時に複数の接触を受けた場合に、誤って１つの接触座標（touch coordinate）を生成することがあり得る。対照的に、表面弾性波（または、表面音響波：ＳＡＷ（surface acoustic waves)）タッチスクリーンおよび赤外線（ＩＲ）タッチスクリーンは、それぞれ表面弾性波（ＳＡＷ）および赤外線（ＩＲ）の影（shadows）を観測して、複数の同時接触のそれぞれについて個別の影を生じる。従って、表面弾性波および赤外線タッチスクリーンは複数接触のアプリケーションのためには見込みがあるが、今日の表面弾性波および赤外線接触技術にはまだいくつかの不明確な点が存在している。影をベースとするタッチスクリーンは、２つの接触について、２つのＸ座標と２つのＹ座標とを受け取ることになり得るが、２つのＸ座標のうちのどちらが２つのＹ座標のどちらかとペア（対）になるべきであるかということは、自動的には判別し得ない。プロセッサは、その時点で表示されたグラフィックスに基づいて、または例えばリフト−オフ・イベント（lift-off event）の時点等の他のファクターを用いることによって、いずれの座標どうしがペアになるべきであるかを決定することを試みることができる。しかし、残念ながら、これらの方法は信頼できる結果を常に生じるというものではない。

いくつかの今日の技術、例えば、わずかに平行ではない赤外線ビームを使用するいくつかの赤外線タッチスクリーンデザイン等は、相互に大きく離れている複数の接触を認識することはできるが、相互に近接して生じる複数の接触を認識することはできない。表面弾性波タッチスクリーンについてみると、Ｘ座標とＹ座標とをペアにする（または、対形成する(pairing)）問題は、第３のＵ座標を測定することによって対処されている。そのようなタッチスクリーンは、「ＸＹＵタッチスクリーンズ（XYU touchscreens)」と称することができる。座標Ｕは、回転座標（rotated coordinate）または対角座標（diagonal coordinate）とも称することができ、以下のような方程式１（式１）において、ＸおよびＹ（座標）に線形に関連付けられる。

［式中、A、BおよびCは幾何学的定数である。］
Ｘの測定値がＹの測定値と正しいペアにされるならば、ＸおよびＹの測定値に基づいてコンピュータ計算されたＵの値は、Ｕの測定値と一致することになる。反対に、測定されたＸの値とＹの値とが誤ったペアにされるならば、コンピュータ計算されたＵの値は、Ｕのいずれの測定値とも一致しないことになる。

残念ながら、既知のＸＹＵタッチスクリーン技術にも制約がある。発光ダイオード（ＬＥＤ）の狭い発光円錐角（emission cone angle）と、フォトトランジスタの狭い受光円錐角（reception cone angle）とが、Ｘ／ＹビームおよびＵビームの両者に用いられる共通のオプトエレクトロニクス部品（opto-electronic components）との互換性を有さないため、これまでＸＹＵタッチスクリーン技術は赤外線タッチスクリーンの構成に適用されていなかった。ＸＹＵ−表面弾性波タッチスクリーンのための既知の構成は、複数の同時接触の検知を可能にするために用いられる追加のリフレクター（reflector）アレイ（array（配列))に起因して、音響信号を送信および受信するためのより大きいトランスミッタおよびレシーバーを必要とし得る。また 追加の送信および受信Ｕアレイは、９０度よりも著しく大きな角度でのＵアレイリフレクターによる散乱（scattering）を必要とするが、その表面弾性波散乱は非効率的となり得る。このことは、弱い信号および音響パラサイト（acoustic parasites）の一因となる。更に、表面弾性波タッチスクリーンは、タッチスクリーンに接触し得る液体またはその他の物質から保護するためにシールされる。シールは音響エネルギーの一部を吸収する可能性があり、そして、アレイの頂部にシールを設けることは許容されない。従って、シールは、タッチスクリーンの全体のサイズを増大させたり、または、タッチスクリーンの使用可能なタッチエリア（または接触エリア）を小さくしたりする可能性があるが、その両者とも望ましいものではない。

従って、複数の接触を検知するための改良されたＸＹＵタッチスクリーンの構成に対する必要性が存在している。本発明の特定の態様例は、これらの必要性および、以下に記載する説明および図面から明らかになるであろうその他の目的を満足するためのものである。

（発明についての説明）
１つの態様例において、タッチスクリーンシステムは、タッチエリアを有している。第１ビームを第１方向に送信するために、タッチエリアの外側縁部の近くに、少なくとも１つのトランスミッタが配置される。第１ビームを、タッチエリアの中をそれぞれ第２および第３方向に進行する少なくとも第２および第３ビームに分割するために、タッチエリアの外側縁部の近くに、少なくとも１つのビームスプリッタ（beam splitter）が配置される。少なくとも１つのビームスプリッタは、複数の偏向エレメント（deflecting elements）を有している。レシーバーは、タッチエリアの外側縁部の近くに配置されて、少なくとも第２および第３ビームを受信する。

もう１つの態様例において、タッチスクリーンシステムは、ＸおよびＹディメンション（dimension）を有するタッチエリアを含む基材を有している。第１Ｘアレイおよび第１Ｙアレイは、基材上において、タッチエリアの外側縁部の近くに設けられている。送信トランスデューサ（transmit transducer）は第１ＸおよびＹアレイを通してビームを送信し、第１ＸおよびＹアレイはそのビームをタッチエリアへ向けて偏向させる。第１および第２ビームスプリッタは、基材上において、タッチエリアと、第１ＸアレイおよびＹアレイのそれぞれとの間に設けられている。第１および第２ビームスプリッタは、ビームを、タッチエリアの中を通って相互に異なる方向に進行する少なくとも２つのビームにそれぞれ分割する。受信トランスデューサ（receive transducer）は少なくとも２つのビームを受信する。

更にもう１つの態様例において、タッチスクリーンシステム上における複数の接触を検知するための方法は、タッチエリアの外側縁部の近くに、第１ビームを送信することを含んでいる。第１ビームが分割されて、タッチエリアの中を通って互いに異なる方向に進行する少なくとも第２および第３ビームを生じる。異なる方向に進行する少なくとも第２および第３ビームは、分割されて受信ビーム（receive beams）を生じる。受信ビームが受信され、該受信ビームに基づいて、タッチエリア内における外部に起因する少なくとも１つのタッチ（接触）の位置が検知される。

図１は、本発明の１つの態様例におけるタッチディスプレイを示している。 図２は、本発明の態様例に従って、コンピュータと相互接続されたタッチディスプレイを有するタッチディスプレイシステムのブロック図を示している。 図３は、本発明の態様例による赤外線タッチスクリーンを示している。 図４は、本発明の態様例による表面弾性波タッチスクリーンを示している。 図５は、本発明の態様例によるもう１つの表面弾性波タッチスクリーンを示している。 図６は、本発明の態様例に従って形成された表面弾性波ＸＹＵＶタッチスクリーンを示している。 図７は、本発明の態様例による、透明なビームスプリッタ基材上に形成され得る赤外線回折格子（IR diffraction grating）を示している。 図８は、図７の回折格子であって、本発明の態様例による４５度の散乱条件を示している。 図９は、本発明の態様例によって偏向されたビームと偏向されていないビームとの間で異なる強度比が得られるように、図７の回折格子の透明エリアと非透明エリアとの間隔の割合を調節する例を示している。 図１０は、本発明の態様例による屈折ビームスプリッタ（refractive beam splitter）の２Ｄ図（二次元図）を示している。 図１１は、本発明の態様例による屈折ビームスプリッタの等角図を示している。 図１２は、本発明の態様例による赤外線ビームスプリッタを形成するために用いることができる光学フィルム（optical film）の例を示す平面図である。 図１３は、本発明の態様例による赤外線ビームの一部を遮る、図１２における光学フィルムを位置決めする側面図を示している。 図１４は、本発明の態様例による屈折ビームスプリッタの２Ｄ図を示している。 図１５は、本発明の態様例による屈折ビームスプリッタの等角図を示している。 図１６は、本発明の態様例による反射ビームスプリッタ（reflective beam splitter）の２Ｄ図を示している。 図１７は、本発明の態様例による、図１６の反射ビームスプリッタの等角図を示している。 図１８は、本発明の態様例による多数の小さな偏向エレメントを有する反射ビームスプリッタの等角図を示している。 図１９は、本発明の態様例による、入射する赤外線ビームを２以上のビームに分割する、屈折ビームスプリッタを示している。 図２０は、本発明の態様例による、入射する赤外線ビームに対して垂直よりも傾斜した入射表面および出射表面を生じるように形成された偏向エレメントを有する、傾斜した屈折ビームスプリッタを示している。 図２１は、本発明の態様例による、図２０の傾斜した屈折ビームスプリッタを示している。 図２２は、本発明の態様例による、高密度の小さい屈折性ファセット（refractive facets）を有する傾斜した屈折ビームスプリッタの２Ｄ図を示している。 図２３は、本発明の態様例による、高密度の小さい屈折性ファセットを有する傾斜した屈折ビームスプリッタの等角図を示している。 図２４は、本発明の態様例による、平行入射光ビームを０度および４５度のビームに分割する、反射性の傾斜したビームスプリッタの２Ｄ図を示している。 図２５は、本発明の態様例による、高密度の小さい鏡面化されたファセットを有する反射性の傾斜したビームスプリッタを示している。 図２６は、本発明の態様例によって形成された非焦点性凹レンズ（non-focusing concave lens）を示している。 図２７は、本発明の態様例による、図２６の非焦点性凹レンズを示している。 図２８は、本発明の態様例に従って、赤外線タッチスクリーンにおいてデュアルビームレンズを使用する一般的な概念（general concept)を示している。 図２９は、本発明の態様例に従って形成された焦点性凹レンズ（focusing concave lens）を示している。 図３０は、本発明の態様例に従って形成された非焦点性凸レンズを示している。 図３１は、本発明の態様例における、入射する赤外線ビームを第１および第２ビームに分割する図３０の非焦点性凸レンズを示している。

（発明の詳細な説明）
上述した発明の概要に加えて、以下に記載する本発明の特定の態様例についての詳細な説明は、添付した図面を参照することによって、より良好に理解されるであろう。図面が種々の態様例の機能的なブロック図を説明するという程度において、機能的なブロック(図）はハードウェア電気回路図の間での分割を必ずしも示唆するものではない。従って、例えば、１又はそれ以上の機能的ブロック（例えばプロセッサもしくはメモリー）は、ハードウェアの１つの部品（例えば、汎用シグナルプロセッサまたはランダムアクセスメモリー、ハードディスク等）において実施することができる。同様に、プログラムは、独立したプログラムであってもよいし、オペレーティング・システムの中にサブルーチン（subroutines）として組み込まれていてもよいし、または、インストールされたソフトウェアパッケージの中での機能（functions）であってもよい。種々の態様例は、図中に示された装置および配置に限定されるものではないと理解されたい。

図１は、本発明の態様例に従って形成されたタッチディスプレイ100を示している。タッチディスプレイ100はその他の寸法及び形状であってもよいと理解されたい。タッチディスプレイ100は、例えば机や壁に、またはキオスク（kiosk）の中に取り付けることもできるし、同様の構成を用いて、携帯情報端末(ＰＤＡ)等のハンドヘルド機器を形成することもできる。

タッチディスプレイ100は、タッチスクリーン102およびディスプレイハウジング104を有している。タッチスクリーン102は、（図示しない）ディスプレイスクリーン上に取り付けられている。ディスプレイハウジング104は、タッチスクリーン102およびディスプレイスクリーンの外側縁部上へ延びていてもよい。

図２は、コンピュータ112と相互接続されたタッチディスプレイ114を有しているタッチディスプレイシステム110のブロック図を示している。コンピュータ112は、ゲームおよびエンターテインメント、ファミリースタイルのホームコンピューティング・システム、医学的画像の視覚化およびマニプレーション操作、小売店およびレストランの現金レジスター等の１又はそれ以上のアプリケーションを実行することができる。タッチディスプレイ114に加えて、コンピュータ112は、キーボードおよび／またはマウス等の代替のユーザーの入力（手段）116を有している。別々に示されているが、タッチディスプレイシステム110の（複数の）部品は、１つのユニット、例えばＰＤＡまたはその他のポータブルデバイスの中に納めることもできる。

タッチディスプレイ114は、ディスプレイスクリーン118上にデータを表示するための部品を有している。ディスプレイスクリーン118は、液晶ディスプレイ(LCD)、陰極線管(CRT)、プラズマディスプレイ、有機発光ダイオード(OLED)ディスプレイ、写真イメージ等であってよい。タッチスクリーン120はディスプレイスクリーン118上に取り付けられている。タッチスクリーン120はユーザーからの入力を受け取る。例えば、表面弾性波技術に基づく場合には、タッチスクリーン120は、ユーザーにより、指接触、スタイラス等を介して接触される基材を有している。赤外線技術に基づく場合には、タッチスクリーン120は、タッチディスプレイ114上に配置される独立した基材を有さないこともあり得る。しかしながら、例えばディスプレイスクリーン118の表面を保護するために、基材を設けることが望ましいこともあり得る。

ディスプレイケーブル122は、タッチディスプレイ114をディスプレイコントローラ124に接続する。ディスプレイコントローラ124は、コンピュータ112からのビデオ情報を、ビデオケーブル126を介して受信する。ビデオ情報は、ディスプレイコントローラ124によって受信されおよび処理され、その後、ディスプレイスクリーン118上に表示するために、ディスプレイケーブル122を介してタッチディスプレイ114へ送られる。タッチディスプレイ114とディスプレイコントローラ124とは、ケーブルで一緒に接続されていてもよいし、または、ディスプレイケーブル122が必要とされないように相互接続されていてもよいということを理解されたい。ディスプレイコントローラ124は、中央処理装置（ＣＰＵ）128およびメモリ130等の部品を有している。

タッチスクリーンケーブル132は、タッチスクリーン120にタッチスクリーンコントローラ134を相互接続する。タッチスクリーンコントローラ134は、コンピュータ112への情報およびコンピュータ112からの情報を、タッチデータケーブル136を介して送受信する。接触情報はタッチスクリーン120によって受信され、タッチスクリーンケーブル132を介してタッチスクリーンコントローラ134へ送られ、その後タッチデータケーブル136を介してコンピュータ112へ送られる。タッチスクリーンコントローラ134は、ＣＰＵ138およびメモリ140等の部品を有している。

（図示しない）ディスプレイハウジングは、タッチディスプレイ114、ディスプレイおよびタッチスクリーンケーブル122および132、ならびにディスプレイおよびタッチスクリーンコントローラ124および134を含むことができる。図１に関して述べたように、ディスプレイハウジングは、タッチスクリーン120の外側縁部の部分を含んでいてよく、タッチスクリーン120および／または、タッチスクリーン120を固定するカバーリングファスナーをディスプレイスクリーン118に固定する。ビデオおよびタッチデータケーブル126および136は独立したケーブルであってもよいし、または一体にパッケージされていてもよい。ビデオおよびタッチデータケーブル126および136は、ディスプレイハウジングからコンピュータ112の位置へ延びていてもよい。場合により、ディスプレイハウジングは、ＰＤＡまたはその他の小型のハンドヘルドまたはポータブルなデバイスのカバーであってもよく、そのデバイスはその中にコンピュータ112を保持していてもよいし、していなくてもよい。また、タッチデータケーブル136およびビデオケーブル126は、ワイヤレス技術によって置換することができる。

接触検知モジュール（touch detection module）142は、タッチスクリーン120上の１又はそれ以上の接触を検知する。各接触は、対応するＸ座標、Ｙ座標およびＵ座標を生じる。複数の接触が同時に検知される場合に、接触検知モジュール142は、接触ポイント識別モジュール144によって使用される複数のＸ、Ｙ、およびＵ座標を検知し、適切なＸおよびＹ座標のペアを組み合わせる（ペア形成する）。接触検知モジュール142と接触ポイント識別モジュール１４４とはコンピュータ112の中に存在するように示されているが、これらのモジュールは同様にタッチスクリーンコントローラ134の中や、タッチディスプレイシステム１１０などのその他の場所に配置することもできる。従って、図２に示された態様例は、説明のためのものに過ぎず、この態様に限定することは意図していないと理解されるべきである。

図３は、Ｘ(水平)サイドおよびＹ(垂直)サイドに沿って延びる外側縁部157を有する赤外線タッチスクリーン150を示している。ＬＥＤまたは他のトランスミッタ152および154は、タッチエリア156の外側縁部157の近くに配置されている。トランスミッタ152および154は、それぞれレシーバー158および160によって受信される赤外線波エネルギー（IR wave energy）を送信する。レシーバー158および160はフォトトランジスタであってもよい。レシーバー158はトランスミッタ152の対向側のタッチエリア156の水平サイドの近くに配置されており、レシーバー160はトランスミッタ154の対向側のタッチエリア156の垂直サイドに近くに配置されている。レシーバー158および160とトランスミッタ152および154とを集合的にオプト−デバイス（opto-devices）と称することもできる。簡単のために、トランスミッタ152および154とレシーバー158および160は、そのすべてについて部材番号（item number）によって識別している訳ではない。また、図３に示すよりも更に多くの赤外線ビームまたは赤外線ビームパスを形成するために、タッチスクリーン150内において、さらに多くのトランスミッタ152および154とレシーバー158および160とを使用することもできる。図３およびそれに続く図において、赤外線ビームは、赤外線トランスミッタから赤外線レシーバーへの選ばれた光線に対応する矢印によって典型的に表されていると、理解されたい。赤外線レシーバーにて終了しない光学経路（Optical paths）は、接触の検知には寄与せず、従って、図示もせず、説明もしない。

タッチエリア156は、トランスミッタ152および154とレシーバー158および160の間であって、外側縁部157の内側の領域であると定義することができ、そこでのユーザーの選択は（図２に例示するような）ディスプレイスクリーン118上に表示されたグラフィックに基づくものである。別法として、タッチエリア156をディスプレイスクリーン118上に配置された独立した基材によって規定することもできる。

ビームスプリッタ162および164は、タッチエリア156とトランスミッタ152および154のそれぞれの間に配置される。ビームスプリッタ166および168は、タッチエリア156とレシーバー158および160のそれぞれの間に配置される。ビームスプリッタ162および164は複数の偏向エレメント169を用いて、入射ビームを少なくとも２つの異なるビーム成分に分割し、このことについては以下詳細に説明する。例えば、１つのビーム成分は偏向されずに、入射した方向または元の赤外線送信の方向に伝播され続ける可能性があり、異なるビーム成分は斜めのＵ方向に偏向され得る。換言すれば、トランスミッタ152および154によって発信された赤外線ビームは、偏向されていない部分（例えば、Ｘ(水平)方向またはＹ(垂直)方向へ進行する部分）と、著しい角度で偏向されて、斜め方向のパス（例えば、Ｕ方向）へ偏向されたビームを発信する部分とに分割される。ビームスプリッタ166および168は、偏向されていない斜め方向赤外線ビーム部分を受信することによって、逆の分割機能を生じる。斜め方向赤外線ビームは、受信ビームスプリッタ166または168の中で偏向エレメント169によって方向を変えられて、偏向されなかった垂直のまたは水平の赤外線ビームと平行に進行する。

例としておよびこれに限定されるものではないが、トランスミッタ152および154は、発する赤外線ビームの前方への強い集束を示す、凸面の集束レンズを有するLEDパッケージとして模式的に示されている。各トランスミッタ152および154は、タッチエリア156の反対側におけるそれぞれ１つのレシーバー158および160に向けられている。１つの例において、トランスミッタ152は、ビームスプリッタ162に適合する赤外線ビーム（図示せず）を発信する。ビームスプリッタ162は、その赤外線ビームを偏向されない（または、偏向されなかった）ビーム170と偏向されたビーム172とに分割する。偏向されなかったビーム170はタッチエリア156を横切って進み、ビームスプリッタ166に入り、関連するトランスミッタ152に対向して配置されたレシーバー158によって検知される。偏向されたビーム172はタッチエリア156を横切って斜め方向に進み、ビームスプリッタ166および168の１つに入る。偏向されたビーム172は、ビームスプリッタ166に入った場合には、ビームスプリッタ166の中の偏向エレメントによって偏向されるが、その角度は、その偏向されたビームが、その時点でレシーバー158が受信する偏向されなかったビーム170に対して平行に進行するような角度である。もう１つの例において、偏向されたビーム174はビームスプリッタ168に入り、その偏向エレメントによって偏向されるが、その角度は、その偏向されたビームが、その時点でトランスミッタ154によって発せられた偏向されなかったビーム176に対して平行に進行するような、角度である。

ビームスプリッタ162〜168は、回折、屈折および反射の１つまたはそれ以上を用いて、赤外線ビームを分割することができる。以下において説明するように、ビームスプリッタ機能は、トランスミッタ152および154、ならびにレシーバー158および160のそれぞれに設置されたレンズによって行うこともできる。赤外線タッチスクリーン150の中でＵビームを提供するビームスプリッタ162〜168を使用することによって、Ｕビームを発生させて検知する、追加のトランスミッタおよびレシーバー（図示せず）を提供する必要、費用、および構成の複雑化さが排除される。それにもかかわらず、ビームスプリッタ162〜168の１つ、２つまたは３つを排除することは構成上のオプションである。ビームスプリッタが構成から取り去られるサイドに、専用のＵビーム・光電子エレメント（opto-electronic elements）を追加することもできる。

図４は、図３の赤外線タッチスクリーン150と同様の表面弾性波タッチスクリーン450を示している。基材452は、表面音響波またはビームの伝播をサポートしており、ガラス、金属、低音響損失ポリマーシステム、またはその他の材料であってもよい。表面弾性波を用いて、基材452の表面上におけるタッチ（接触）を検知し得る、レイリー波、準レイリー波、ラム波（Lamb wave）もしくはＳ波（shear wave）、またはその他の型の音響波の１もしくはそれ以上の組合せを示すことができる。トランスミッタ454および456は、基材452に表面音響波を生じさせる（または、励起させる(excite)）ものであって、くさびトランスデューサ、格子トランスデューサ、インターデジタルトランスデューサ、またはいずれか他のタイプのトランスデューサであってもよい。ここで、励起された表面音響波は、発せられたビーム(transmitted beam)または発せられた表面弾性波ビームとも称される。ビームスプリッタ458、460、462および464は、偏向エレメント465によって、入射する表面弾性波ビームの一部をＵ方向に偏向させて、その他の部分は偏向させない。ビームスプリッタ458、460、462および464は、基材452上において、例えば、スクリーン印刷ガラスフリットもしくは複合ポリマー材料インキによって、または代わりに、溝のエッチングによって形成することができる。偏向されたビームおよび偏向されなかったビームは、一般に外側縁部484によって規定され得るタッチエリア482を通って進行する。レシーバー466および468は、表面弾性波音響経路を完成しており、コントローラエレクトロニクスによって処理されたアナログ信号を生成する。レシーバー466および468は、上述したいずれか１つの型のトランスデューサであってよい。

１つの例において、タッチエリア482内で同時に生じる第１および第２接触470および472について説明する。より多くの表面弾性波経路が生じるが、図４では、第１および第２接触470および472によって減衰されたそれらの表面弾性波経路のみを示しているということに留意されたい。実際の第１および第２接触位置470および472だけが、それぞれ表面弾性波経路478および480として示される影付き（shadowed）のＵ経路に対応している。Ｕ経路データが無ければ、誤った接触位置474および476が、ＸおよびＹの方向について、第１および第２接触470および472と同じ影に対応し、従って、接触位置は誤って識別され得る。

図５は、必要とするトランスデューサの数が図４の表面弾性波タッチスクリーン450よりも少ない表面弾性波タッチスクリーン180を示している。表面弾性波タッチスクリーン180は、基材182の中央部分に配置されているタッチエリア183を有している。ＸおよびＹ送信トランスデューサ184および186、ならびにＹおよびＸ受信トランスデューサ188および190が、基材182に設置されている。第１および第２Ｘアレイ192および194、ならびに第１および第２Ｙアレイ196および198が、基材182上において、タッチエリア183の外側縁部181の近くに、設置されおよび／または組み立てられている。Ｘアレイ192およびＹアレイ196は、タッチエリア183へ向かって送られたビームまたは波を、例えば９０度の角度で偏向させる。Ｘアレイ194およびＹアレイ198は、タッチエリア183からのビームを、例えば９０度の角度で偏向させる。Ｘ送信トランスデューサ184および第１Ｘアレイ192は、一緒に第１トランスミッタ185と考えることができるし、Ｙ送信トランスデューサ186および第１Ｙアレイ196は、一緒に第２トランスミッタ187と考えることができる。Ｘ受信トランスデューサ190および第２Ｘアレイ194は、一緒に第１レシーバー189と考えることができるし、Ｙ受信トランスデューサ188および第２Ｙアレイ198は、一緒に第２レシーバー191と考えることができる。第１、第２、第３および第４ビームスプリッタ200、202、204および206は、基材182上において、タッチスクリーン180のタッチエリア183と、第１および第２Ｘアレイ192および194ならびに第１および第２Ｙアレイ196および198のそれぞれの間にて組み立てられて（またはエッチングされて、もしくはデポジットされて）いる。各第１、第２、第３および第４ビームスプリッタ200、202、204および206は、複数の偏向エレメント199を有している。

例えば、送信トランスデューサ184は、第１Ｘアレイ192に沿って表面弾性波ビーム208を送信する。第１Ｘアレイ192は、表面弾性波ビーム208の一部を、９０度の角度で偏向させて、図示するように、偏向されたビーム210とする。偏向されたビーム210は第１ビームスプリッタ200に入り、偏向エレメント199によって、例えば、偏向されなかったビーム212およびＵ偏向されたビーム214の少なくとも２つの異なるビームに分割される。（別法として、第１Ｘアレイ192は、偏向されたビーム210が図示するＵ偏向されたビーム214に対して平行に第１ビームスプリッタ200に入るように、表面弾性波ビーム208を１４３度の角度で偏向させることもできる。この例において、第１ビームスプリッタ200は、Ｕ偏向されたビーム214として偏向されたビーム210の偏向されなかった部分を、偏向されなかったビームとして、通過させ、偏向されなかったビーム212を偏向させる。）多くの偏向されなかったビーム212およびＵ偏向されたビーム214を結果として生じる、第１Ｘアレイ192の長手方向に沿って形成された多くの偏向されたビーム210が存在しており、タッチスクリーン180のタッチエリア183の中での接触イベントを検知すると理解されたい。

偏向されなかったビーム212は、偏向されたビーム210と同じ経路および方向に沿って進み、Ｕ偏向されたビーム214は、偏向されなかったビーム212に対して約５３度の角度（178）にて、Ｕ方向またはダイアゴナル方向（斜め方向）に沿って進行する。この例において、偏向の約５３度の角度は、３：４アスペクト比の接触／ディスプレイシステムのための、タッチスクリーンの幅を高さで除した逆正接に基づいている。例えば、第１ビームスプリッタ200の偏向エレメント199は、第１ビームスプリッタ200の軸に沿って、サイン５３度で除した表面弾性波波長のセンター−センター間隔で間隔をおいて配置され、垂直に対して２６．５度の角度で回転させた平行反射セグメントであってもよい。

同様に、Ｙ送信トランスデューサ186は表面弾性波ビーム220を送信する。その一部は第１Ｙアレイ196によって９０度の角度で偏向され、偏向されたビーム222となる。偏向されたビーム222は第２ビームスプリッタ202に入り、偏向されなかったビーム224と偏向されたＵビーム226とに分割される。偏向されなかったビーム224は偏向されたビーム222の本来の経路上を進み続ける一方で、偏向されたＵビーム226は偏向されなかったビーム224または波に対して、角度179、例えば約３７度の角度にて偏向される。この例において、約３７度の偏向角度179は、３：４アスペクト比の接触／ディスプレイシステムのための、タッチスクリーンの高さを幅で除した逆正接に基づいている。第１ビームスプリッタ200の偏向エレメント199は、第１ビームスプリッタ200の軸に沿って、サイン５３度で除した表面弾性波波長のセンター−センター間隔で間隔をおいて配置され、垂直に対して２６．５度の角度で回転させた平行反射セグメントであってもよい。例えば、第２ビームスプリッタ202の偏向エレメント199は、サイン３７度で除した表面弾性波波長の間隔をおいて配置され、水平に対して１８．５度の角度で回転された、１０ミクロン厚さのスクリーンプリントされたガラスフリット・リフレクターラインにて形成されていてもよい。

偏向されなかったビーム212はタッチエリア183を横切って進行し、第３ビームスプリッタ204を通過する。第２Ｘアレイ194は偏向されなかったビーム212を９０度の角度で偏向させ、Ｘ受信トランスデューサ190によって受信されるリターンビーム216を生じさせる。Ｕ偏向されたビーム214は、タッチスクリーン180のタッチエリア183を斜め方向に横切って進行し、第４ビームスプリッタ206に達する。この場合に、第４ビームスプリッタ206は入射ビームを分割するが、偏向された部分だけが用いられる。第４ビームスプリッタ206は、既に分割されて、相互に種々の異なる角度にて第４ビームスプリッタ206に入ってくる、複数のビームを受信する。第４ビームスプリッタ206は、上述したように、Ｕ偏向されたビーム214を約３７度の角度にて偏向させる。偏向されたＵビームは第２Ｙアレイ198に入り、リターンビーム218として、Ｙ受信トランスデューサ188へ向かって９０度の角度で偏向される。

第１、第２、第３および第４ビームスプリッタ200、202、204および206は、所望されるビーム分割機能を提供するいずれかの構成であってよい。１つの態様例において、ビームスプリッタ200、202、204および206は、（同じ材料およびプロセスを用いる）反射性アレイ192、194、196および198と同時に組み立てることができる。別法として、ビームスプリッタ200、202、204および206の偏向エレメント199は、デポジットされた材料またはエッチングされたガラス等の、反射性のラインセグメント201を有することができる。偏向エレメント199の向き（orientation）は、偏向されなかったビームおよび偏向されたビームに対して同じ角度をなすように、すなわち、反射について基本的な「入射角と反射角とは等しい」という原理を満足するように選択される。偏向エレメント199の間隔は、隣り合う偏向エレメント199からの偏向されたビームのコヒーレントな付加を確実にするように、ブラッグの法則を使って最適に選択することができる。間隔および向きをそのように調節すると、反射効果および回折効果の両方が利用される。

説明したように、従来のＸＹＵアレイの構成は、送信トランスデューサによって直接的に照射されたタッチスクリーンの各送信サイドに沿った送信Ｕアレイと、受信トランスデューサを直接的に照射する受信Ｕアレイとを、独立して有していた。従来の構成では、送信および受信Ｕアレイの頂部にシール（封止）を設けることは許容されていなかった。対照的に、各ビームスプリッタ200、202、204および206を通る音響経路（acoustic path）は短い。例えば、ビームスプリッタ200、202、204および206はそれぞれ、底部サイドおよび頂部サイドを有すると考えることができる。底部サイドは基材182に連絡し、シール207は頂部サイドに沿って配置することができる。簡単のために、シール207を第３および第４ビームスプリッタ204および206の部分に示している。しかし、湿気およびダストバリアを形成するために、シール207が第１〜第４ビームスプリッタ200、202、204および206の全長に沿って延びていると理解されたい。例えば、シール207は、幅が１ｍｍであって、組み合わされるビームスプリッタの軸に対して平行に延びる長さを有することができる。従って、ビームは、わずか１ｍｍの距離について、シール207からの音響減衰（acoustic damping）に付される。

図６は、Ｘ、ＹおよびＵビーム、ならびに、本明細書において「Ｖ」ビームとして示す、もう１つの組の斜め方向のビームを用いる表面弾性波タッチスクリーン490を示している。従って、タッチスクリーン490は、ＸＹＵＶタッチスクリーンと称することもできる。図６には、接触ポイント576によって減衰されたＸ、Ｙ、ＵおよびＶ音響経路が主として示されているが、さらに多くのＸ、Ｙ、ＵおよびＶ音響経路が用いられていると理解されるべきである。

トランスデューサは、送信および受信のために使用されており、図５の送信トランスデューサおよび受信トランスデューサと同様に配置されている。もっとも、図６のタッチスクリーン490においては、２つのトランスデューサは送信機能および受信機能の両者を達成している。表面弾性波タッチスクリーン490は基材500を有しており、その上に、送信トランスデューサ494、受信トランスデューサ498および送信／受信トランスデューサ492および496が設置されている。Ｘアレイ502および504ならびにＹアレイ506および508は、基材500の上に形成されており、送信された表面弾性波ビームおよび受信した表面弾性波ビームを９０度の角度にて偏向させる。図５に関して上述したように、送信トランスデューサ494および送信トランスデューサ498は、各Ｙアレイ508およびＹアレイ506とともに、それぞれトランスミッタおよびレシーバーと称することができる。送信／受信トランスデューサ492および496は、各Ｘアレイ502およびＸアレイ504とともに、トランスミッタ／レシーバーと称することができる。ビームスプリッタ510、512、514および516は、基材500上において、タッチエリア518の外側縁部と、ＸおよびＹアレイ502、504、506および508の１つとの間に設けられている。ビームスプリッタ510〜516は、図示するように、偏向エレメント517として示される反射性のラインエレメントの重ね合わせ（superposition）を有しており、偏向されたＵビームおよびＶビームの両者を生じさせる２つの向きを有している。別法として、ビームスプリッタ510〜516は、Ｕ経路およびＶ経路の両方をサポートするために、独立したアレイによって形成されていてもよい。しかし、この態様は、重ね合わせコンフィギュレーション（superposition configuration）に比べて、基材500上の追加スペースを必要とすることがある。

送信／受信トランスデューサ492は、Ｘアレイ502に沿って表面弾性波ビーム550を送信する。Ｘアレイ502は、表面弾性波ビーム550の一部を、偏向されたビーム552として（Ｘアレイ502に沿って２つの位置で）示すように、９０度の角度で偏向させる。偏向されたビーム552はビームスプリッタ510に入り、偏向されなかったビーム554、Ｕ偏向されたビーム556、およびＶ偏向されたビーム558のように、少なくとも３つの異なるビームに分割される。偏向されなかったビーム554は偏向されたビーム552と同じ経路および向きに沿って進み、Ｕ偏向されたビーム556はＵ方向または斜め方向に沿って、例えば偏向されなかったビーム554に対して約５３度の角度で送信され、Ｖ偏向されたビーム558は例えば偏向されなかったビーム554に対して約−５３度の角度を有するＶ方向または斜め方向に沿って送信される。上述したように、Ｘアレイ502の長手方向に沿って、多数の偏向されたビーム552が存在しており、多数の偏向されなかったビーム554、Ｕ偏向されたビーム556およびＶ偏向されたビーム558が生じる。この実施例では、Ｖ偏向されたビーム558は、タッチエリア518内での接触を検知するためには用いられていない。

Ｙ送信トランスデューサ494は表面弾性波ビーム560を送信し、その一部はＹアレイ508によって偏向されたビーム562として９０度偏向される。偏向されたビーム562は、ビームスプリッタ516に入り、少なくとも偏向されなかったビーム564、Ｕ偏向されたビーム566およびＶ偏向されたビーム５６８に分割され、偏向されなかったビーム564は偏向されたビーム562の元の経路に沿って進み、Ｕ偏向されたビーム566は偏向されなかったビーム564に対して、例えば約３７度の角度で偏向される。この例において、約３７度の偏向角度は、３：４アスペクト比の接触／ディスプレイシステムのための、タッチスクリーンの高さを幅で除した逆正接に基づいている。Ｖ偏向されたビーム568は偏向されなかったビーム564に対して約−３７度の角度にて偏向される。

さらに、送信／受信トランスデューサ496は表面弾性波ビーム570を送信し、その一部はＸアレイ504によって偏向されたビーム572として９０度偏向される。偏向されたビーム572はビームスプリッタ512に入り、上述したように、少なくとも３つのビームに分割される。しかし、Ｖ偏向されたビーム574が興味深い。

タッチエリア518の中に配置されたユーザー接触ポイント576について、受信操作（receive operation）を説明する。偏向されなかったビーム554はタッチエリア518を横切って進み、ビームスプリッタ512を通過する。Ｘアレイ504は偏向されなかったビーム554を９０度にて偏向させてリターンビーム575を生じさせ、リターンビーム575は送信／受信トランスデューサ496によって受信される。Ｕ偏向されたビーム556およびＶ偏向されたビーム574はタッチスクリーン490のタッチエリア518を斜め方向に横切って進み、ビームスプリッタ514に達する。ビームスプリッタ514は、既に分割されている複数のビームであって、従って相互に種々の角度にて該ビームスプリッタ514に入る複数のビームを受信する。上述したように、ビームスプリッタ514はＵ偏向されたビーム556を約３７度にて偏向させ、Ｖ偏向されたビーム574を約−３７度にて偏向させる。Ｕ偏向されたビームおよびＶ偏向されたビームはＹアレイ506に入り、９０度偏向されて受信トランスデューサ498へ進行する。

送信／受信トランスデューサ492はシグナルを受信するが、上記の例において、接触ポイント576に関連しては、シグナルを受信していないものとして、説明しない。送信トランスデューサ494は、送信トランスデューサ494へ向けて偏向されるシグナルを探知したりも処理したりもしない。従って、送信／受信トランスデューサ496によって送信されたＵビーム（図示せず）については考慮せず、送信／受信トランスデューサ492によって送信されたＶ偏向されたビーム558については考慮しない。

ＸＹＵＶタッチスクリーン490は、ＵおよびＶビームが送信および検知され、ＸおよびＹビームの少なくとも１つは無視され得るように、改良することができると理解されたい。この場合に、単一の接触ポイント576は、ＵおよびＶビームのみを用いて検出することができる。複数の接触を明確に検知するためには、Ｘ、Ｙ、ＵおよびＶビームのうちの３つが用いられる。送信／受信トランスデューサ492は、Ｕ１を送信し、Ｖ２を受信する。送信トランスデューサ494は、Ｕ２を送信し、Ｖ２を受信する。送信／受信トランスデューサ496は、Ｕ２を受信し、Ｖ１を送信する。受信トランスデューサ498は、Ｕ１およびＶ１を受信する。

ここで、表面弾性波ビームスプリッタから赤外線ビームスプリッタへ切り替わると、光学式の回折格子の原理（principles of optical diffraction gratings）を用いて、赤外線ビームスプリッタ、例えば図３の赤外線タッチスクリーン150に用いるためのものを構成することができる。例えば、図７は、透明なプラスチックまたはガラス等の透明なビームスプリッタ基材520上に形成することができる赤外線回折格子522を示している。基材520上において、片側に、格子周期530を有するストライプまたは偏向エレメント524のパターンが適用されている。光は、例えば図７の紙面に、回折格子522に対して垂直に入射し、通過する際に、光は回折格子522によって回折される。回折格子522のアウトプット側で、例えば図７の紙面の後方に、特定の番号または回折次数のビームが、真っ直ぐ通過する０次のビーム（zero-order beam）(ｍ＝０）と、角度θ₁ にて回折された複数の１次のビーム（first order beams）(ｍ＝±１) として現される。回折したビームの角度は、方程式２によってまとめることができる：

［式中、λは入射光の波長であり、ｄは回折格子周期である。］
例えば、図７に示すように、950nmの波長について、４５度の光分割を得るためには、回折格子周期530は１．３４３マイクロメートル（μｍ）である。

図８は、回折格子522および４５度散乱のための条件を示している。この例において、回折格子522は、

すなわち格子周期530または間隔が入射するビーム532の波長のルート２倍となるように設定されている。入射ビーム532は回折格子522の入射側534に入る。この場合に、ＸおよびＹビームは偏向されなかったビーム536（または０次のビーム）によって表されており、Ｕおよび／またはＶビームは偏向されたビーム538および540（または１次回折ピーク）の１つによってそれぞれ表されている。ＸＹＵＶセンサーにおいて、偏向されなかったビーム536と偏向されたビーム538および540はすべて使用することができる。

図９は、回折格子522の透明エリアと非透明エリアとの間隔の割合を調節する例を示している。回折格子522の偏向エレメント524（図７にも示す）が非透明エリア544を示しており、その間に透明エリア542が存在する。透明エリア542と非透明エリア544とを調節することによって、偏向されなかったビーム536と偏向されたビーム538および540との間の異なる強度比が得られることになる。そのような微細な分解パターンを避けることが望まれる場合には、以下のような屈折（refraction）および反射（reflection）に基づいた赤外線ビームスプリッタの構成がより魅力的であり得る。

屈折系および反射系の赤外線ビームスプリッタは、赤外線透過の適切なレベルと、所定の赤外線波長における屈折率とを有する材料にて形成することができる。例えば、材料は、Ｎ ＝ １．５５またはエンジニアリング・プラスチックに対応するそれ以外のＮの値の屈折率を有していてよい。また、プリズム、ファセット（facet）またはノッチ（notches）等の偏向エレメントは、ビームスプリッタの中に設けられて、実際のビーム分割機能を提供する。各偏向エレメントは複数の表面を有していてよく、各表面は、所望の屈折および／または反射機能を提供するために、コートされていなくても、コートされていても、鏡面化されていても、またはその他の変更がなされていてもよい。複数の表面が相互に対して配置されていて、望ましくない反射を最小化しおよび／またはアウトプットビームの所望の送信角度を達成することができる。

図１０および１１はそれぞれ、屈折ビームスプリッタ230の二次元図および等角図を示している。ＬＥＤまたはトランスミッタ232および234はそれぞれ赤外線ビーム236および238を屈折ビームスプリッタ230へ送信する。トランスミッタ232および234は円形の光源として模式的に示されており、赤外線ビーム236および238は相互に対して平行に送信される。屈折ビームスプリッタ230は赤外線ビーム236および238をそれぞれ２つの部分に分割する；１つの部分は送信赤外線ビームの送る向きに対して０度に向けられており、もう１つの部分は送信赤外線ビームの送る向きに対して４５度に向けられて（屈折して）いる。例えば、赤外線ビーム236は、０度に向けられた第１部分244と、４５度に向けられた第２部分246とに分割される。第１部分244および第２部分246の両者は、タッチエリア241中へ送信される。第１部分244および第２部分246は、図１０ではライン231に、図１１では平面233に交差するかまたは終端するように示されているが、タッチスクリーン内において、第１部分244および第２部分246はタッチエリア241中に伝播して、タッチスクリーンの他のエッジ上の赤外線レシーバー（図示せず）へ進行すると理解されたい。

屈折ビームスプリッタ230は、シートまたはポリマー材料で形成されており、その前壁243に沿って、ノッチ、プリズムまたは偏向エレメント240および242の多数のアレイを有していてよい。この例において、偏向エレメント240および242の内部表面はコートされていない。各赤外線トランスミッタ232および234は対応する偏向エレメント240および242に対して位置合わせすることができる。一例として、偏向エレメント240は赤外線ビーム236を受信する。傾斜したファセット247に当たる（または対応（interface）する）赤外線ビーム236の部分が、最初に屈折される。屈折したビームはその後、屈折ビームスプリッタ230の後壁249に、９０度ではない角度で当たる。屈折したビームは２回目の屈折をして、第２部分246を形成する。（第２部分246が後壁249を出た後の）出口屈折角度は、赤外線ビーム236の送信の向きに平行である第１部分244に対して４５度である。

一例として、赤外線トランスミッタ232および234は、（図３に例示するように）タッチスクリーン150の所望される分解レベルに基づいて、互いに厳密な距離Ｄ１だけ互いに離されて配置されて配置することができる。偏向エレメント240および242は、厳密な距離Ｄ２だけ互いに離されて配置される。距離Ｄ１とＤ２とを相互に対応させて、タッチスクリーン150の各サイドに沿ってトランスミッタと偏向エレメントとの均一なアラインメントを提供することができる。

相互に対する赤外線トランスミッタと偏向エレメントの位置を調節して、第１部分と第２部分との相対的な強度またはパーセンテージを互いに調整することができる。図示するように、赤外線ビーム236の約２分の１が４５度で屈折するように、トランスミッタ232は偏向エレメント240に対して位置合わせ（aligned）される。アラインメントを調節することによって、赤外線ビーム236のより大きなまたはより小さな割合（パーセンテージ）を屈折させすることができる。

第１部分244と第２部分246との相対強度または割合も、偏向エレメントの開口アパーチャ248（図１１）の寸法を増大させるかまたは減少させることによって調節することができる。場合によって、偏向エレメント240と242とは、開口アパーチャ248の異なる寸法を有し、赤外線ビーム236と238との異なる割合が屈折することを可能にする。場合によって、偏向エレメントどうしの間の距離（例えば、距離Ｄ２）を変更して、割合を変更することもできる。場合によって、各赤外線トランスミッタは対応する偏向エレメントを有さずに、対応する赤外線ビームが、屈折する部分を形成することなく、屈折ビームスプリッタ230を通過することを可能にすることもある。

トランスミッタ232および234ならびに屈折ビームスプリッタ230は、送信およびビーム分割機能を示している。受信およびビーム結合機能については示していないが、これらは送信機能の反対として示すことができる。すなわち、トランスミッタ232および234は、代わりにレシーバーであってもよい。この例において、屈折ビームスプリッタ230は少なくとも２つのビームを受信し、１つは０度の赤外線ビームであって、もう１つは４５度の赤外線ビームである。ビームを分割する代わりに、屈折ビームスプリッタ230は、０度のビームと平行となるように、４５度のビームを屈折させて、２つのビームを１つのビームに統合することができる。

図１０および１１に示すような赤外線ビームスプリッタは、液晶ディスプレイ（LCD）の構造の内側に用いられる輝度向上フィルム（brightness enhancing film）の製造のために開発された既知の光学フィルム製造技術を用いるだけでなく、射出成形を含む種々の技術によって製造することができる。例えば、オリゴマー樹脂組成物をプラスチックフィルム上で硬化させて、マスター・ネガティブモールディングによって成型することができる。さらに、場合によって、液晶ディスプレイのアセンブリに用いるために開発された光学フィルムが所望するビーム分割特性を有することもあるし、これを赤外線ＸＹＵタッチスクリーンの構成に用いることができる場合もある。

図１２は、赤外線トランスミッタ602の近くに配置された、上述の偏向エレメント構造を有する光学フィルム600を平面図で示している。赤外線ビーム606はフィルム600に入り、最初に第１の角度で偏向され、その後、フィルム600を出る際に、第２角度にて２回目の偏向がなされる。全体の偏向が規定の入射について４５度よりも小さい場合には、赤外線ビーム606に対して４５度で偏向する偏向ビーム604を形成するように、フィルム600を回転させることができる。しかし、この例では、フィルム600のような商業的に入手可能な光学フィルムは、一般に、すべての入射光を屈折させている。

図１３は、赤外線ビーム606の一部を遮るように、フィルム600が配置されている態様例を示している。フィルム600は、赤外線ビーム606の約２分の１を遮るように、赤外線トランスミッタ602に対して矢印608の向きに沿って配置することができる。この例において、赤外線ビーム606の一部または約２分の１は、偏向されなかったＸまたはＹビーム610として送信され、赤外線ビーム606の残りの２分の１は偏向されたビーム604として送信されることになる。偏向されたビーム604の向きは、フィルム600の特性によって決められ、代わりに−４５度に偏向されることもあり得る。

図１４および１５はそれぞれ、屈折ビームスプリッタ250の二次元図および等角図を示している。赤外線トランスミッタ232および234はそれぞれの赤外線ビーム236および238とともに示されている。図１０の屈折ビームスプリッタ230と同様に、屈折ビームスプリッタ250は、赤外線ビーム236および238を、０度に向けられた第１部分244と、４５度に向けられた第２部分246とに分割する。

この例において、図１０の偏向エレメント240および242の割合は、寸法および間隔は変わるかもしれないが、屈折ビームスプリッタ250の偏向エレメント252のアレイもしくは複数のアレイにおいて保持されていてよい。屈折ビームスプリッタ250は、相互に対してより小さくより微細な間隔をおいて配置された多数の偏向エレメント252を有している。換言すれば、図１０の屈折ビームスプリッタ230を、より高い密度の小さい屈折性ファセットによって変更して、図１4の屈折ビームスプリッタ250を形成することができる。

偏向エレメント252が密接な間隔にて配置される場合、赤外線トランスミッタ232および234は、偏向エレメント252と位置合わせされる必要がない。また、屈折ビームスプリッタ250は、寸法Ｄ３（図１５）に沿って意図的に薄く形成することもできるし、より大きくおよび／またはより深い偏向エレメント240および242を有している屈折ビームスプリッタ230よりも薄く形成することもできる。

第１部分244と第２部分246との相対強度は、傾斜したファセットアパーチャ254のファセット間隔256に対する割合を増大させるかまたは減少させることによって調節することができる。変更され得るエレメントは、傾斜したファセット258の傾斜したファセットアパーチャ254、傾斜したファセットアパーチャ254のファセット間隔256に対する割合、偏向エレメント252の数、屈折ビームスプリッタ250の高さ、長さ、幅および屈折率、ならびに屈折ビームの（第２部分246）の最終的な向きなどである。

図１６および１７はそれぞれ、反射性（および屈折性）のビームスプリッタ260の二次元図および等角図を示している。図１０の屈折ビームスプリッタ230と対比すると、反射ビームスプリッタ260はコートしていない傾斜したファセット247の代わりに、鏡面化されて傾斜したファセット262を有している。また、偏向エレメント268のアレイは、前壁264ではなく、後壁266に形成されている。

赤外線ビーム236は前壁264を通って反射ビームスプリッタ260に入る。赤外線ビーム236の、鏡面化されて傾斜したファセット262に当たる（または対応する）部分が反射される。反射されたビームが後壁266に９０度ではない角度にて当たると、反射されたビームはそれから屈折する。反射されおよび屈折したビームは、赤外線ビーム236に対して４５度の角度で送信される第２部分246である。赤外線ビーム236の、後壁266に９０度の角度で当たる部分は、偏向されることなく反射ビームスプリッタ260を通過して、赤外線ビーム236に対して０度である第１部分244を形成する。

０度のビームと４５度のビーム（第１部分244と第２部分246）の相対的強度の調節は、鏡面化されたファセットアパーチャ263を増加もしくは減少させることによって、ならびに／またはトランスミッタ232および234の、鏡面化されて傾斜したファセット262に対する相対的な位置もしくはアラインメントを調節することによって行うことができる。換言すれば、トランスミッタ232および234を、反射ビームスプリッタ260の鏡面化されて傾斜したファセット262と注意深く位置合わせすることによって、図１０に関して上述したように、赤外線ビーム236が０度のビームと４５度のビームとに所望の割合で分割される。エレメントは、鏡面化されて傾斜したファセット262の高さ（もしくは鏡面化されたファセットアパーチャ263）、鏡面化されて傾斜したファセット262の直ぐ上方の、透明なもしくは鏡面化されていないファセット267の高さ265、偏向エレメント268の数および間隔、反射ビームスプリッタ260の高さ、長さおよび幅、屈折率を変化させるために用い得る反射ビームスプリッタ260の材料、屈折したビーム（第２部分246）の、４５度とは異なり得る最終的な方向などについて変更し得る。

図１８は、小さな鏡面化された表面を多数有する反射ビームスプリッタ270の等角図を示している。上述したように、偏向エレメントの幾何学的形状は、例えば図１０の偏向エレメント240および242等のように保持し、一方、寸法を変化させて、互いにより近く、（図１４および１５に示すように）より小さい偏向エレメント252を有するビームスプリッタを形成することができる。図１８における、より高密度でより小さい偏向エレメント268を用いると、トランスミッタ232および234は、図１６に示すように、個々の偏向エレメントもしくは鏡面化されて傾斜したファセット262と位置合わせする必要がない。反射ビームスプリッタ270は、赤外線ビーム236を０度の第１部分244と、４５度の第２部分246とに分割する。また、０度のビームと４５度のビームとの相対的強度は、図１６および１７に関して上述したように、調節することができる。

図１９は、入射する赤外線ビームを２以上のビームに分割する屈折ビームスプリッタ280を示している。屈折ビームスプリッタ280は、前壁272に沿って偏向エレメント281のアレイを有している。各偏向エレメント281は、相互に対して対向する向きに傾斜する第１の傾斜したファセット276と第２傾斜したファセット278とを有している。第１傾斜ファセット276および第２傾斜したファセット278に当たる赤外線の部分は１回目の屈折をし、その後、屈折したビームが後壁274に当たる際に２回目の屈折をする。前壁272および後壁274に９０度の角度で当たる赤外線ビーム236の部分は、屈折しない。従って、屈折ビームスプリッタ280は赤外線ビーム236を、−４５度に向けられた第１ビーム282、＋４５度に向けられた第２ビーム284、および０度に向けられた第３ビーム286に分割し、これらはすべて赤外線ビーム236の方向に対する角度である。ある態様例では、例えば、Ｙビームを有さず、Ｘ、ＵおよびＶビームを有するセンサー等では、偏向されないビーム（または第３ビーム286）が存在せず、入射する赤外線ビーム236が第１および第２傾斜ファセット276および278によって完全に捕捉されるように、屈折ビームスプリッタ280を構成することができる。

図示するように、屈折ビームスプリッタ280の偏向エレメント281は、赤外線トランスミッタ232および234と位置合わせされる。しかし、上述したように、偏向エレメント281を相互により小さく、より近く形成して、トランスミッタおよびレシーバーを偏向エレメント281と位置合わせすることなく、タッチスクリーンを組み立てることも可能となる。

図２０は、赤外線ビームに対して、垂直よりも傾斜している受信表面（incoming surface）および送信表面（outgoing surface）を形成するように設けられた偏向エレメントを有する、傾斜した屈折ビームスプリッタ290を示している。受信表面および送信表面を傾斜させることによって、タッチシステムの平面の外側でのいずれかの反射を散乱させて、バックグラウンドの除去を向上させることができる。図２１は、明確にするために、赤外線ビームを伴わない、傾斜した屈折ビームスプリッタ290を示している。図２０および２１の両者において、仮想的な水平面301と303との間に、周期的なビームスプリッタ構造の短いセグメントが示されている。

第１および第２偏向エレメント296および298は、前壁320にならびに第１側壁292および第２側壁294に形成されており、それらは垂直方向に示される表面である。前壁320と第１側壁292との交差部分は第１、第２および第３部分300、302および304を有しており、前壁320と第２側壁294との交差部分は第１、第２および第３部分306、308および310を有している。第１偏向エレメント296は、第１側壁292の第１および第２部分300および302の間、ならびに第２側壁294の第１および第２部分306および308の間に形成されている。第２偏向エレメント298は、第１側壁292の第２および第３部分302および304の間、ならびに第２側壁294の第２および第３部分308および310の間に形成されている。

第１側壁292の第１部分300の底部と、第２側壁294の第１部分306の底部との両者は、仮想的水平面303にて始まる。第１側壁292の第１部分300は、第２側壁294の第１部分306よりも短い。従って、第１偏向エレメント296の受信表面312は、垂直方向から離れた角度に傾きまたは傾斜している。ファセットアパーチャ318は第１偏向エレメント296の幅にわたって変化することはないが、水平に対して傾いている。平行に入射する赤外線ビーム238は、０度のビーム314と４５度のビーム316とに分割される。

同様に、第１側壁292の第３部分304の頂部と、第２側壁294の第３部分310の頂部との両者は、仮想的水平面301にて始まる。第１側壁292の第３部分304は、第２側壁294の第３部分310よりも長い。第１側壁292の第２部分302と、第２側壁294の第２部分308とは、それぞれ長さが等しい。第２偏向エレメント298の受信表面324はこのようにして角度付けされており、ファセットアパーチャ326は第２偏向エレメント298の幅にわたって変化することはない。

０度のビーム314と４５度のビーム316との相対強度の調節は、屈折ファセットアパーチャ318を増大もしくは減少させることによって、ならびに／または第１および第２偏向エレメント296および298に対するトランスミッタ234および232のアラインメントを調節することによって行うことができる。前壁320および後壁322の傾きもしくは傾斜の角度、ならびに、屈折性ファセットの１もしくはそれ以上のアパーチャ、屈折性ファセットの直ぐ上方の透明なファセットの高さ、偏向エレメント268の数および間隔、ビームスプリッタ材料ブロックの高さ、長さ、幅および屈折率、ならびに屈折したビーム（この実施例では４５度のビーム316）の最終的な方向は、調節することができる。

従って、前壁320に沿って傾斜した屈折ビームスプリッタ290に入る赤外線ビーム238のいずれかの部分は、後壁322を０度で出ることになる。０度のビーム314は、前壁320および後壁322の両方で屈折するが、前壁320と後壁322とが相互に対して平行であるならば、正味の偏向（net deflection）は存在しない。従って、前壁320と後壁322とが平行であるならば、出射（outgoing）ビームは入射(incident)ビームと同じ方向で後壁322を出る。

第１偏向エレメント296の屈折性の表面に沿って、傾斜した屈折ビームスプリッタ290に入る赤外線ビーム238の部分は、最初に第１角度（first angle）で屈折する。屈折した赤外線ビームが、前壁320と平行な後壁322を通って傾斜した屈折ビームスプリッタ290を出る時に、屈折した赤外線ビームは２回目の屈折をして、全体として所望の屈折角、この実施例では４５度の角度を達成する。従って、傾斜したインタフェースによって、２つの独立した屈折が存在すると考えられる。

図２２および２３は、高密度の小さい屈折性ファセットを有する傾斜した屈折ビームスプリッタ330の二次元図および等角図をそれぞれ示している。傾斜した屈折ビームスプリッタ330は、図２０の傾斜した屈折ビームスプリッタ290と同じ幾何学的形状を有する偏向エレメントを有し得るが、偏向エレメントは、より小さな寸法であって、相互に対してより密接な間隔にて配置されている。従って、個々の偏向エレメントに対してトランスミッタ232および234を位置合わせさせる必要はない。傾斜した屈折ビームスプリッタ330も、平行な赤外線ビーム236を、０度に向けられた第１部分244と、４５度に向けられた第２部分246とに分割する。０度のビームと４５度のビームとの相対的な強度は、屈折性のファセットアパーチャと他のファセットのアパーチャとの割合を増大させたりまたは減少させたりすることによって調節することができる。

上述したビームスプリッタと同様に、屈折よりも反射を用いることができる。図２４は、平行の入射光ビーム（赤外線ビーム236）を、０度のビーム342と４５度のビーム344とに分割する反射性の傾斜したビームスプリッタ340の二次元図を示している。０度のビーム342と４５度のビーム344との相対的な強度は、鏡面化されたファセットアパーチャを増大させたりもしくは減少させたりすることによって、ならびに／または、個々の偏向エレメント346および348に対するトランスミッタ232および234のアラインメントによって調節される。前壁および後壁の傾きもしくは傾斜の角度、鏡面化されたファセットのアパーチャ、鏡面化されたファセットの直ぐ上方の透明なファセットの高さ、偏向エレメントの数および間隔、ビームスプリッタ材料の高さ、長さ、幅および屈折率、ならびに分割されたビームの（この実施例では４５度である）最終的な方向を含めて、他の特徴（aspect）も調節され得る。

図２５は、高密度の小さな鏡面化されたファセットを有する反射性の傾斜したビームスプリッタ350を示している。上述した他のビームスプリッタと同様に、反射性の傾斜したビームスプリッタ350は、平行な入射光ビーム（赤外線ビーム236）を０度のビーム342と４５度のビーム344とに分割する。０度のビームと４５度のビームとの相対的な強度は、鏡面化されたファセットアパーチャと残りのファセットアパーチャとの割合を増大させたり、または減少させたりすることによって調節される。その他の相対的な幾何学的形状は、図２４中の反射性の傾斜したビームスプリッタ340についてした説明と同様である。

上述した各赤外線トランスミッタは、赤外線ビームが広いタッチエリア上で伝播される際の赤外線ビーム出力の発散を減らすために、狭い前方の円錐に赤外線ビームの焦点を合わせる一般的に用いられるレンズを有している。そのような赤外線トランスミッタと共に用いられる各赤外線レシーバーは、アクティブな検知表面フォトトランジスタ上の小さい焦点のスポットに、ほぼ平行に進行する入射赤外線ビームの焦点を合わせるために一般的に用いられるレンズを有している。１つの態様例において、レンズは、ビーム分割機能を遂行するビーム分割レンズに置換することができる。この構成において、ビーム分割レンズは赤外線トランスミッタおよび赤外線レシーバーのそれぞれに取り付けられる。レンズは、赤外線ＸＹＵタッチスクリーン操作のために、赤外線ビームを分割しおよび結合する。独立したビームスプリッタは必ずしも必要ではなく、赤外線トランスミッタとレシーバーとをビームスプリッタに位置合わせさせることも必ずしも必要ではない。

簡単のために、以下において、内部のＬＥＤ光源（またはフォトトランジスタベース）は点光源（または点検知器）であって、ビーム分割レンズからビームが出力される時に、４５度で分岐する平行ビームを生成することが所望されると仮定する。可能な限りレンズの対称性を保持するために、上述したビームスプリッタによって達成されたように、０度ビームおよび４５度ビームを生成することよりも、レンズは点光源からの光を±２２．５度のビームに分割することができる。従って、連続レンズ表面は、点光源からの赤外光を、交差しない＋/−２２．５度のビームに屈折させるように計算されている。

更なる単純化として、レンズの後ろの表面がフラットであって、レンズの前の表面だけが湾曲して凹面もしくは凸面の形状を有し得るということも考えられる。固定された最小および最大の厚さプロファイルを保持するフレネルタイプレンズ（Fresnel-type lenses）の構成とすることも可能であるが、以下は、厚さについての制約を有さない連続的に湾曲したレンズであると仮定する。

図２６および２７は、標準的な分析的構成方法を用いて決定され得る、非焦点性の凹レンズ360を示している。非焦点性の凹レンズ360の前表面374は、多くの小さい平らなファセット362を用いて作成されるようにモデル化されている。図２７において、赤外線点光源364は、後表面376を通って非焦点性の凹レンズ360に入る赤外線ビーム366を発生させる。非焦点性の凹レンズ360は、赤外線ビーム366を第１ビーム368と第２ビーム370とに分割する。

図２８は、赤外線タッチスクリーン380の中でデュアルビームレンズを使うための一般的な概念を示している。デュアルビームレンズは、（図２７に示すような）非焦点性の凹レンズ360であってもよいし、あるいは焦点性の凹レンズもしくは凸レンズであってもよく、両者については以下に説明する。赤外線トランスミッタ382および384は、タッチスクリーン380の２つのサイドに沿って配置されており、赤外線レシーバー386および388はタッチスクリーン380の他の２つのサイドに沿って配置されている。明確にするために、少数の赤外線トランスミッタ382および384と赤外線レシーバー386および388を示しているが、一般的には多数のトランスミッタおよびレシーバーを用いて、タッチスクリーン380の全体のタッチエリア上を一様に対象とすることを提供する。

デュアルビームレンズは、０度および４５度のビームではなく、＋/−２２．５度のビームを形成するので、赤外線トランスミッタ382および384と赤外線レシーバー386および388は、Ｘ、ＹおよびＵビームを生じおよび受信するために、タッチスクリーン380のＸおよびＹ平面に対して回転した向きに配置される。角度は、１つのビームがＸ方向またはＹ方向に沿って送信されるように決定される。例えば、トランスミッタ382は、Ｘ軸に沿った赤外線ビーム390とＵ軸に沿った赤外線ビーム392とを送信するような角度で設けられている。トランスミッタ384は、Ｙ軸に沿った赤外線ビーム394とＵ軸に沿った赤外線ビーム396を送信するような角度で設けられている。赤外線レシーバー386は赤外線ビーム390および396を検知するような角度で設けられており、赤外線レシーバー388は赤外線ビーム392および394を検知するような角度で設けられている。いくつかの場合には、タッチエリアの対角方向ではないが、Ｕビームは４５度であるので、Ｕビームは赤外線トランスミッタ384から赤外線レシーバー388へ伝播される。

図２９は焦点性凹レンズ400を示しており、第１および第２ビーム402および404が第１および第２焦点406および408にそれぞれ焦点を合わせるように、該焦点性の凹レンズ400における各表面ポイントにて屈折する向きを規定している。この例において、第１および第２焦点406および408は、図２８のレシーバー386等の赤外線レシーバーを表す検知器平面409上に規定されている。第１および第２焦点406および408は、前（Ｚ）方向において任意の位置に動かすことができる。

図３０は非焦点性の凸レンズ410を示している。図３１は、受信赤外線ビーム412を第１および第２ビーム414および416に分割する非焦点性の凸レンズ410を示している。上述したように、第１および第２ビーム414および416は、＋/−２２．５度（のビーム）である。説明を明確にするために、光の赤外線ビーム412を発生させる点光源418が、この例でも再び仮定されている。

更に、焦点性の凸レンズ（図示せず）を用いることもできる。図２９について既に述べたように、焦点性の凸レンズは入射する赤外線ビームを最初に第１および第２ビームに分割し、それらのビームは検知器平面上の第１および第２焦点に焦点を合わせる。図６の表面弾性波ＸＹＵＶタッチスクリーンと同様の赤外線ＸＹＵＶ構成をサポートするために必要とされるように、入射赤外線ビームを３つのビームに分割するようにトリ・ビームレンズ（tri-beam lenses）を構成することもできるということに留意されたい。

上記の記載は、発明の説明をすることを意図しているのであって、発明を限定するものではないと理解されるべきである。例えば、上記の説明した態様例（および／またはそれらの特徴的事項）は互いに組合せて用いることもできる。更に、本発明の範囲を逸脱することなく、多くの（もしくは種々の）変更を行って、発明の教示について特定の状況または材料に適用することもできる。本明細書に記載した材料の寸法および形状は、発明のパラメータを規定することを意図しているのであって、それらは限定するものではなく、代表的な態様例である。他の多くの態様例は、上記の説明を参照することによって当業者に明らかになるであろう。従って、発明の範囲は、添付の特許請求の範囲の記載、およびそれらの請求項の発明と均等な範囲全体に基づいて、決定されるべきである。添付の特許請求の範囲において、用語「含む（including）」および「そこで（in which）」はそれぞれ、用語「含んでなる（comporising）」および「そこで（wherein）」と均等な簡単な英語表現として用いられている。さらに、特許請求の範囲において、「第１」、「第２」および「第３」等の用語は単に分類のために用いられており、それらの対象に数の要件を課すことを意図するものではない。さらに、以下の特許請求の範囲の限定は、「ための手段（means for）」という表現に続いて、さらなる構成を伴わない機能を明確に用いるものでない限りおよび用いるまでは、ミーンズ−プラス−ファンクション形式で記載したものではなく、米国特許法第１１２条第６項（35 U.S.C. §112, sixth paragraph）に基づいて解釈されることを意図したものでもない。

Claims (12)

1. タッチエリア；
   前記タッチエリアの外側縁部の近くに配置されており、第１ビームを第１方向に送信する少なくとも１つのトランスミッタ；
   前記タッチエリアの外側縁部の近くに配置されている少なくとも１つのビームスプリッタであって、前記第１ビームを、タッチエリアの中を通り、少なくとも第２方向および第３方向にそれぞれ送られる少なくとも第２ビームおよび第３ビームに分割し、複数の偏向エレメントを有するビームスプリッタ；ならびに
   前記タッチエリアの外側縁部の近くに配置されており、少なくとも第２ビームおよび第３ビームを受信するレシーバー
   を有することを特徴とするタッチスクリーンシステム。
2. 少なくとも第２方向および第３方向の１つが、第１方向と同じであることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
3. 少なくとも第２方向および第３方向と第１方向とが互いに異なることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
4. 少なくとも１つのトランスミッタが赤外線トランスミッタであり、レシーバーが赤外線レシーバーであり、
   好ましくは、タッチエリアが互いに９０度異なるＸ方向およびＹ方向を有しており、
   第２ビームはタッチエリアの中を通ってＸ方向およびＹ方向の１つに沿って進行し、
   第３ビームはタッチエリアの中を通って第２ビームに対して約４５度Ｘ方向およびＹ方向の１つに沿って進行する
   ことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
5. 少なくとも１つのトランスミッタが表面弾性波トランスミッタであり、レシーバーが表面弾性波レシーバーであることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
6. レシーバーに対して少なくとも第２および第３ビームを偏向させるために、レシーバーの近くに配置された受信ビームスプリッタを更に有することを特徴とする請求項１に記載のシステム。
7. 少なくとも１つのビームスプリッタが少なくとも１つのレンズを有しており、少なくとも１つのトランスミッタが前記少なくとも１つのレンズと組み合わせられており、好ましくは、タッチエリアが、相互に対して９０度異なるＸ方向およびＹ方向を有しており、該少なくとも１つのトランスミッタが、少なくとも第２方向および第３方向の１つとＸ方向およびＹ方向の１つとを整合させるように配置されていることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
8. 少なくとも１つのトランスミッタが複数の偏向エレメントのうちの１つの偏向エレメントと組み合わせられており、該少なくとも１つのトランスミッタが組み合わせられた偏向エレメントと位置合わせされていることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
9. 複数の偏向エレメントが、反射および屈折ビームの１つに向いていることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
10. 複数の偏向エレメントの中の各偏向エレメントは反射性の材料によってコートされた少なくとも１つの傾斜したファセットを有しており、該少なくとも１つの傾斜したファセットは、ビームの少なくとも一部を、第１方向とは異なる方向に曲げることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
11. Ｘ方向およびＹ方向を有するタッチエリアを有している基材；
    前記基材上において前記タッチエリアの外側縁部の近くに設けられている第１Ｘアレイおよび第１Ｙアレイ；
    前記第１ＸおよびＹアレイを通してビームを送信する送信トランスデューサであって、該第１ＸおよびＹアレイはビームをタッチエリアの方へ偏向させる送信トランスデューサ；
    基材上において、タッチエリアと、前記第１ＸおよびＹアレイのそれぞれとの間に設けられる第１および第２ビームスプリッタであって、ビームを、相互に対して異なる方向にタッチスクリーンの中を進行する少なくとも２つのビームにそれぞれ分割する該第１および第２ビームスプリッタ；ならびに
    前記少なくとも２つのビームを受信する受信トランスデューサ
    を含むことを特徴とするタッチスクリーンシステム。
12. 請求項１に記載のタッチスクリーンシステム上における複数の接触を検知する方法であって、
    タッチエリアの外側縁部の近くに第１ビームを送信すること；
    第１ビームを分割して、相互に対してタッチエリアの中を通って異なる方向に進行する少なくとも第２および第３ビームを生じさせること；
    異なる方向に進行する少なくとも第２および第３ビームを分割して、受信ビームを生じさせること；
    受信ビームを受信すること；ならびに
    タッチエリア内における外部に起因する少なくとも１つのタッチの位置を、前記受信ビームに基づいて検知すること
    を含んでなる方法。

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