JP2015133107A - 光振動タッチデバイス - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、周知のタッチデバイスをさらに改良することにある。【解決手段】本発明は、導光板と、少なくとも一つの感光ユニットと、少なくとも一つの光信号射出ユニットと、マイクロプロセッサと、光信号処理ユニットとを包括する光振動タッチデバイスであって、そのうち、前記光信号射出ユニットが射出する光線が前記導光板内で伝播し、前記導光板にタッチした際に発生する振動を利用して前記光信号の安定性に影響を与え、光信号処理ユニットの出力及びタッチポイントに対応する振動信号、さらにマイクロプロセッサは一周期における光信号処理ユニットが順次出力する振動信号を検出することで、振動する少なくとも二つの振動信号がこの周期内に出現した時間に基づき、前記タッチポイントの位置情報を得て、且つこれに対応するタッチ信号を出力している。【選択図】図１

Description

本発明は、タッチデバイス、特に、信号を有する光線が導光板内において伝播する時、タッチした位置に、相対する制御信号を発生するタッチデバイスに関するものである。

現在、導光板を結合した数多くのタッチ制御デバイスがあり、例えば特許文献１が開示する漏れ全反射（Ｆｒｕｓｔｒａｔｅｄ Ｔｏｔａｌ Ｉｎｔｅｒｎａｌ Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ，ＦＴＩＲ）に基づいた入力装置は、異なる位置にある少なくとも二つの光源より射出された光線を導光板に導光し、前記光線は導光板において完全な内部反射により伝播を行っており、そのうち、光源毎に射出させた光線は、導光板内に均一に分布し、導光板の周縁に光センサアレイを設置することで、光源より発生する光線を測定している。一つの物体が導光板の表面に接触した際、光線の導光板内において伝播する全反射を破壊するため、接触エリアを通過する光線は減弱（Ａｔｔｅｎｕａｔｅｄ）する。プロセッサを利用して、光センサアレイが測定した異なる位置にある少なくとも二つの光源より射出された光線の減弱信号に基づき、三角測量（Ｔｒｉａｎｇｕｌａｔｉｏｎ）により前記物体の位置を決定している。

また、特許文献２乃至８等において導光板を利用したタッチ技術が開示されている。

上述した導光板を利用するタッチ制御技術は、異なる位置にある少なくとも二つの光源より射出された光線をそれぞれ導光板に導光して全反射の伝播を行う必要があり、プロセッサを利用して少なくとも二つの光センサアレイが測定した少なくとも二つの光源より射出された光線の減弱信号に基づき、物体が導光板に接触する位置を決定し、これに対応するタッチ制御信号を発生している。しかし、光線が特定でない角度で導光板内部に入射すると、導光板内部で全内反射は行われない。きめ細かく光線の入射角度を調整することは極めて難しく、且つ導光素子と合わせてタッチデバイスの厚さ或いは体積を増加させなければならない。また、タッチポイントの面積が爪楊枝等の剣先のように非常に小さい場合、光線が導光板内で伝播する全内反射を破壊することができないため、相対する制御信号を得ることができない。

米国特許第７４３２８９３号 米国特許公開第２０１１０７４７３５号 台湾特許公開第２０１００５６０６号 米国特許公開第２０１３００４４０７３号 台湾特許公開第２０１２０３０５２号 米国特許公開第２０１２０１６２１４４号 米国特許公開第２０１２２０２６８４０３号 米国特許公開第２０１３００２１３００号 台湾特許公開第２０１３４２１６１号

本発明の主要な目的は、光振動タッチデバイスを提供することであって、光信号射出ユニットが射出した光線を導光板内で伝播させ、導光板にタッチした際に発生する振動を利用して光信号の安定性に影響を与え、光信号処理ユニットの出力、タッチポイントに対応する振動信号、及びマイクロプロセッサが一周期における光信号処理ユニットが順次出力する振動信号を検出することで、振動する少なくとも二つの振動信号がこの周期内に出現した時間に基づき、前記タッチポイントの位置情報が得られ、且つこれに対応するタッチ信号を出力することから、光信号射出ユニットが射出した光線が特定の角度で導光板板内部に入射されなくとも全内反射が行えるため、調整が難しい光線の入射角度を行わなくてよい。

本発明のもう一つの目的は、光振動タッチデバイスを提供することであって、導光板にタッチする面積が非常に小さかったとしても、発生する振動は光信号の安定性に影響を与えることができるため、前記タッチポイントの位置情報が得られ、光線が導光板内部で行われている全内反射を破壊することなく、タッチデバイスの実用的機能を向上させている。

本発明は、導光板と、マイクロプロセッサと、前記マイクロプロセッサに電気的に接続する少なくとも一つの光信号射出ユニットと、前記光信号射出ユニットが射出した光線を感知するために用いる少なくとも一つの感光ユニットと、前記マイクロプロセッサ及び前記感光ユニットにそれぞれ電気的に接続し、前記感光ユニットが出力した信号を検出し、その後前記信号に処理を行って振動信号が得られ、さらにその後前記振動信号を前記マイクロプロセッサに伝送する光信号処理ユニットとを包括する光振動タッチデバイスであって、そのうち、前記光信号射出ユニットが射出する光線は信号を有する光線であって、前記導光板にタッチした際に発生する振動を利用して前記信号の安定性に影響を与え、前記光信号処理ユニットの出力及びタッチポイントに対応する振動信号、さらに前記マイクロプロセッサは一周期における光信号処理ユニットが順次出力する振動信号を検出することで、振動する少なくとも二つの振動信号がこの周期内に出現した時間に基づき、前記タッチポイントの位置情報が得られ、且つこれに対応するタッチ信号を出力している。

また、前記導光板は、上面、下面及び側面を有しており、前記側面は、前記導光板の周縁で形成しており、前記光信号射出ユニットは、前記導光板の側面或いは下面のいずれか一つに接触或いは隣接しており、前記光信号射出ユニットが射出した光線は、前記導光板内部に形成する操作エリアに入射しており、前記感光ユニットは、前記導光板の側面或いは下面のいずれか一つに接触或いは隣接しており、オブジェクトが前記操作エリアにおいてタッチ作業を行い、前記導光板の上面にあるタッチポイントをタッチした場合、前記導光板は振動を受け、前記タッチポイントに対応する光線が有する信号の安定性を変化させ、前記タッチポイントに対応する光線の経路上にある前記感光ユニットは不安定な信号を出力し、前記光信号処理ユニットは振動する振動信号が得られる。

本発明その他の目的及び効果については、図面と実施例とを参照しつつ、以下において詳細に説明する。

オブジェクトがタッチした際の本発明第一実施例に係る光振動タッチデバイスを示す平面図である。 光線が本発明第一実施例に係る光振動タッチデバイス内で伝播した際を示す模式図である。 一周期内の振動信号を示す模式図である。 光線が本発明第二実施例に係る光振動タッチデバイス内で伝播した際を示す模式図である。 オブジェクトがタッチした際の本発明第三実施例に係る光振動タッチデバイスを示す平面図である。 光線が本発明第三実施例に係る光振動タッチデバイス内で伝播した際を示す模式図である。

図１及び図２のように、本発明第一実施例に係る光振動タッチデバイス１は、導光板１０と、複数の感光ユニット２０と、少なくとも二つの光信号射出ユニット３０と、マイクロプロセッサ４０と、光信号処理ユニット５０と、を包括して構成している。前記導光板１０は矩形を呈し、上面１１、下面１２及び側面１３を有している。また、前記側面１３は、前記導光板１０の周縁で形成している。さらにまた、前記導光板１０は、アクリルプレート、樹脂プレート或いはガラスプレート等の導光可能な材質から生成されるフレキシブルプレート或いはノンフレキシブルプレートである。

前記感光ユニット２０は、感光ダイオード（Ｐｈｏｔｏｄｉｏｄｅ）或いは任意の感光素子とすることができる。また、前記感光ユニット２０は、前記光信号射出ユニット３０が前記導光板１０内部に射出する光線３１を感知するため、前記導光板１０の前記側面１３に接触或いは隣接している。

前記光信号射出ユニット３０は、前記マイクロプロセッサ４０に電気的に接続しており、前記導光板１０の前記側面１３の外側に設置している。前記光信号射出ユニット３０が射出する信号を有する前記光線３１は、前記導光板１０内部に形成する操作エリア６０に入射している。前記操作エリア６０の外側は、複数の前記感光ユニット２０と、少なくとも二つの前記光信号射出ユニット３０とを設けている。前記光信号射出ユニット３０は、ＬＥＤ光或いはレーザ光等の光信号射出ユニットとすることができる。

前記光信号処理ユニット５０は、前記感光ユニット２０及び前記マイクロプロセッサ４０にそれぞれ電気的に接続している。また、前記光信号処理ユニット５０は、前記感光ユニット２０が出力した信号を検出し、その後前記信号に処理を行って振動信号が得られ、さらにその後前記振動信号を前記マイクロプロセッサ４０に伝送している。

図３のように、オブジェクト７０が前記導光板１０の前記上面１１にタッチしていない場合、前記光信号処理ユニット５０は振動しない振動信号２１が得られ、オブジェクト７０が前記操作エリア６０においてタッチ作業を行い、前記導光板１０の前記上面１１にあるタッチポイントＰをタッチした場合、前記導光板１０は振動を受け、前記タッチポイントＰに対応する光線３１、３２、即ち前記タッチポイントＰの通過或いはその下方にある前記光線３１、３２が有する信号の安定性を変化させ、前記タッチポイントＰに対応する前記光線３１、３２の経路上にある前記感光ユニット２０は不安定な信号を出力し、前記光信号処理ユニット５０は振動する振動信号２２が得られる。また、マイクロプロセッサ４０が一周期における光信号処理ユニット５０が順次出力する振動信号を検出することで、振動する少なくとも二つの振動信号２２がこの周期内に出現した時間に基づき、前記タッチポイントＰの位置情報が得られ、且つこれに対応するタッチ信号を出力している。

また、図１及び図３のように、前記光信号射出ユニット３０が順次射出する前記タッチポイントＰに対応する二つの前記光線３１、３２は、前記光線３１、３２（即ちラインＬ１及びラインＬ２）の経路上にある二つの前記感光ユニット２０によって検出され、不安定な信号を出力し、前記光信号処理ユニット５０は振動する二つの前記振動信号２２が得られる。このため、振動する二つの前記振動信号２２が一周期内に出現した時間に基づき、不安定な二つの信号を出力する前記感光ユニット２０の位置が得られ、さらに二つの前記光信号射出ユニット３０の間にある接続ラインＳとラインＬ１及びラインＬ２との間にそれぞれある角度Θ１、Θ２を得ることができる。

図１のように、周知の三角関数の数式を利用して前記接続ラインＳの長さと前記角度Θ１、Θ２とから前記タッチポイントＰの座標をわりだすことができる。

次に、図４のように、本発明第二実施例に係る光振動タッチデバイス２は、導光板１０と、複数の感光ユニット２０と、少なくとも二つの光信号射出ユニット３０と、マイクロプロセッサ４０と、光信号処理ユニット５０と、を包括して構成している。

本発明第二実施例は、複数の前記感光ユニット２０と、少なくとも二つの前記光信号射出ユニット３０とを前記導光板１０の前記下面１２の下方に設置する部分が第一実施例と異なる以外、その他の、例えばマイクロプロセッサ４０が一周期における光信号処理ユニット５０が順次出力する振動信号を検出することで、振動する少なくとも二つの振動信号２２がこの周期内に出現した時間に基づき、前記タッチポイントＰの位置情報が得られ、且つこれに対応するタッチ信号を出力する等の手段、方法及びその接続関係は、第一実施例において説明したものと同じであるため、ここではあえて叙述しない。

次に、図５及び図６のように、本発明第三実施例に係る光振動タッチデバイス３は、導光板１０と、少なくとも一つの感光ユニット２０と、光信号射出ユニット３００と、マイクロプロセッサ４０と、光信号処理ユニット５０と、少なくとも一つの再帰反射器（Ｒｅｔｒｏ ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ）１４と、を包括して構成している。前記導光板１０は、四つの辺１０１、１０２、１０３、１０４を有している。

本発明第三実施例は、前記光信号射出ユニット３００が前記導光板１０の隅角１００に設けられ、光線を射出して前記操作エリア６０全体を走査することができ、二つの前記感光ユニット２０は前記光信号射出ユニット３００にそれぞれ隣接し、前記導光板１０の前記下面１２或いは前記側面１３のいずれか一つに接触或いは隣接し、さらに帯状の二つの前記再帰反射器１４の一端は前記感光ユニット２０に隣接し、且つ前記導光板１０の前記辺１０１、１０４に対応する前記側面１３に接触すること以外、その他の、前記感光ユニット２０、前記光信号射出ユニット３００、前記マイクロプロセッサ４０及び前記光信号処理ユニット５０等の接続関係及びその手段、方法は、第一実施例において説明したものと同じであるため、ここではあえて叙述しない。

第三実施例に係る前記光信号射出ユニット３００は、微小電気機械システム（Ｍｉｃｒｏ−Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍ、ＭＥＭＳ）及び微小光学電気機械システム（Ｍｉｃｒｏ−Ｏｐｔｏ−Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍ、ＭＥＭＳ）等の機構を包括し、光線が前記操作エリア６０を走査している。

本実施例は、光線が側面１３に接触した際の反射効果を増強するため、前記導光板１０の前記再帰反射器１４に接触していない前記辺１０２、１０３の前記側面１３に二つの反射膜１５をそれぞれ粘着することもできる。

本実施例は、光線が側面１３に接触した際の反射効果を増強するため、前記再帰反射器１４を一つだけを用いて、前記導光板１０の前記辺１０１、１０４に対応する前記側面１３に接触すること、或いは前記再帰反射器１４を一つだけ、前記感光ユニット２０に相対する位置、例えば前記導光板１０の前記辺１０２或いは前記辺１０３に対応する前記側面１３に設置することができ、また、前記導光板１０の前記再帰反射器１４に接触していないその他の前記辺の前記側面１３に三つの前記反射膜１５をそれぞれ粘着することもできる。

本実施例は、前記光信号射出ユニット３００が射出する信号を有する光線３１、３２、３３によって順次走査され、前記導光板１０の前記側面１３からそれぞれ前記導光板１０の内部に入射され、且つ前記操作エリア６０全体を走査している。光線が二つの前記辺１０２、１０３に位置する前記側面１３に当たった場合、一部の光線は前記側面１３の反射によって前記導光板１０内部に再帰反射し、前記再帰反射器１４にそれぞれ再帰反射した光線３１、３２、３３は元々の経路を介して前記光信号射出ユニット３００に再帰反射し、光線の伝播の際拡散する性質を有するため、前記光信号射出ユニット３００に再帰反射した光線３１、３２、３３は前記光信号射出ユニット３００に近接する前記感光ユニット２０にも射出している。

オブジェクト７０が前記導光板１０の前記上面１１にタッチしていない場合、前記光信号処理ユニット５０は振動しない振動信号２１が得られ、オブジェクト７０が前記操作エリア６０においてタッチ作業を行い、前記導光板１０の前記上面１１にあるタッチポイントをタッチした場合、前記導光板１０は振動を受け、前記タッチポイントに対応する光線３１、３２、３３が有する信号の安定性を変化させ、前記感光ユニット２０は不安定な信号を出力し、前記光信号処理ユニット５０は振動する振動信号２２が得られる。

また、本実施例は、特許文献９で開示する、レーザ走査入力装置で開示する座標をわりだす技術を参考することができ、マイクロプロセッサ４０が一周期における光信号処理ユニット５０が順次出力する振動信号を検出することで、振動する少なくとも二つの振動信号がこの周期内に出現した時間に基づき、前記タッチポイントの位置情報が得られ、且つこれに対応するタッチ信号を出力している。

また、本発明は、まず先、オブジェクトが前記導光板の前記上面にあるタッチポイントをタッチする位置及び一周期において出力する少なくとも二つの振動する振動信号の時間に関わる情報を記録し、その後、前記マイクロプロセッサは、これら関連情報及び前記光信号処理ユニットが一周期において出力する少なくとも二つの振動する振動信号の時間に基づき、オブジェクトが前記導光板の前記上面にあるタッチポイントをタッチした位置情報が得られる。

本発明の特徴は、導光板にタッチした際に発生する振動を利用してタッチポイントに対応する光線が有する信号の安定性を変化させ、前記タッチポイントに対応する光線の経路上にある前記感光ユニットは不安定な信号を出力し、前記光信号処理ユニットは振動する振動信号が得られ、つまり、導光板にタッチした際に発生する振動を利用して光信号の安定性に影響を与え、光信号処理ユニットの出力、タッチポイントに対応する振動信号、及びマイクロプロセッサが一周期における光信号処理ユニットが順次出力する振動信号を検出することで、振動する少なくとも二つの振動信号がこの周期内に出現した時間に基づき、前記タッチポイントの位置情報を得て、且つこれに対応するタッチ信号を出力することにある。

本発明に係る光信号射出ユニットは、射出した光線が特定の角度で導光板内部に入射されなくとも、全内反射が行えるため、調整が難しい光線の入射角度を行わなくてよい。また、タッチポイントの面積が爪楊枝等の剣先のように非常に小さい場合であっても、導光板にタッチした際に発生する振動は光信号の安定性に影響を与えることができるため、前記タッチポイントの位置情報が得られ、光線が導光板内部で行われている全内反射を破壊することなく、タッチデバイスの実用的機能を向上させている。

上述したものは、本発明の技術内容を利用した実施例に過ぎず、また、当該分野に熟知した者が本発明を用いて行った修正及び変化は、本発明が請求する特許請求の範囲に属している。

１ 光振動タッチデバイス
２ 光振動タッチデバイス
３ 光振動タッチデバイス
１０ 導光板
１０１ 辺
１０２ 辺
１０３ 辺
１０４ 辺
１１ 上面
１２ 下面
１３ 側面
１４ 再帰反射器
Ｓ 接続ライン
Ｌ１ ライン
Ｌ２ ライン
Θ１ 角度
Θ２ 角度
１５ 反射膜
２０ 感光ユニット
２１ 振動しない振動信号
２２ 振動する振動信号
３０ 光信号射出ユニット
３００ 光信号射出ユニット
３１ 光線
３２ 光線
４０ マイクロプロセッサ
５０ 光信号処理ユニット
６０ 操作エリア
７０ オブジェクト
Ｐ タッチポイント

Claims (9)

1. 導光板と、
   マイクロプロセッサと、
   前記マイクロプロセッサに電気的に接続する少なくとも一つの光信号射出ユニットと、
   前記光信号射出ユニットが射出した光線を感知するために用いる少なくとも一つの感光ユニットと、
   前記マイクロプロセッサ及び前記感光ユニットにそれぞれ電気的に接続し、前記感光ユニットが出力した信号を検出し、その後前記信号に処理を行って振動信号を得て、さらにその後前記振動信号を前記マイクロプロセッサに伝送する光信号処理ユニットとを包括する光振動タッチデバイスであって、
   そのうち、前記光信号射出ユニットが射出する光線は信号を有する光線であって、前記導光板にタッチした際に発生する振動を利用して前記信号の安定性に影響を与え、前記光信号処理ユニットの出力及びタッチポイントに対応する振動信号、さらに前記マイクロプロセッサは一周期における光信号処理ユニットが順次出力する振動信号を検出することで、振動する少なくとも二つの振動信号がこの周期内に出現した時間に基づき、前記タッチポイントの位置情報を得て、且つこれに対応するタッチ信号を出力することを特徴とする光振動タッチデバイス。
2. 前記導光板は、上面、下面及び側面を有しており、前記側面は、前記導光板の周縁で形成しており、前記光信号射出ユニットは、前記導光板の側面或いは下面のいずれか一つに接触或いは隣接しており、前記光信号射出ユニットが射出した光線は、前記導光板内部に形成する操作エリアに入射しており、前記感光ユニットは、前記導光板の側面或いは下面のいずれか一つに接触或いは隣接しており、オブジェクトが前記操作エリアにおいてタッチ作業を行い、前記導光板の上面にあるタッチポイントをタッチした場合、前記導光板は振動を受け、前記タッチポイントに対応する光線が有する信号の安定性を変化させ、前記タッチポイントに対応する光線の経路上にある前記感光ユニットは不安定な信号を出力し、前記光信号処理ユニットは振動する振動信号が得られることを特徴とする請求項１に記載の光振動タッチデバイス。
3. 前記操作エリアの外側は、複数の前記感光ユニットと、少なくとも二つの前記光信号射出ユニットとを設けることを特徴とする請求項２に記載の光振動タッチデバイス。
4. 前記導光板は、矩形を呈し、四つの辺を有し、前記光信号射出ユニットは、前記導光板の隅角の外側に設けられ、前記感光ユニットは、前記光信号射出ユニットに近接し、前記導光板の二つの前記辺にある側面は、二つの再帰反射器にそれぞれ接触し、二つの前記再帰反射器の一端は、前記感光ユニットにそれぞれ隣接することを特徴とする請求項２に記載の光振動タッチデバイス。
5. 光線がその他の二つの前記辺にある側面に接触した際の反射効果を増強するため、前記導光板の前記再帰反射器に接触していないその他の二つの前記辺にある前記側面に二つの反射膜をそれぞれ粘着することを特徴とする請求項４に記載の光振動タッチデバイス。
6. 前記導光板は、矩形を呈し、四つの辺を有し、前記光信号射出ユニットは、前記導光板の隅角の外側に設けられ、前記感光ユニットは、前記光信号射出ユニットに近接し、前記導光板の一つの前記辺にある側面は、一つの再帰反射器に接触することを特徴とする請求項２に記載の光振動タッチデバイス。
7. 光線がその他の三つの前記辺にある側面に接触した際の反射効果を増強するため、前記導光板の前記再帰反射器に接触していないその他の三つの前記辺にある前記側面に三つの反射膜をそれぞれ粘着することを特徴とする請求項６に記載の光振動タッチデバイス。
8. 前記導光板は、導光可能な材質で生成されるフレキシブルプレート或いはノンフレキシブルプレートのいずれかですることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一つに記載の光振動タッチデバイス。
9. 前記感光ユニットは、感光ダイオードであって、前記光信号射出ユニットは、ＬＥＤ光或いはレーザ光のいずれか一つの光信号射出ユニットとすることを特徴とする請求項８に記載の光振動タッチデバイス。