JP2015503159A - 堅牢な光学式タッチスクリーンシステム及び、平面透明シートの使用方法 - Google Patents
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Abstract
平面透明シートを利用し、透明シート上のタッチイベントの位置を判定するように構成された光学式タッチスクリーンが開示される。光源素子と感光素子が透明シートの周辺に動作可能に設置される。光は光源素子と感光素子の間の直射線上で検出される。タッチイベントにより減衰した直射線が測定される。各感光素子に関する限界直射線によって画定される三角形を重ねることによって多角形が特定される。減衰量閾値より低い減衰量の多角形が排除される。その後、残りの多角形の中心が判定されて、タッチイベントの位置が決定される。システムと方法は、複数タッチイベントの堅牢な検出を提供する。
Description
本願は、2011年11月28日に出願された米国仮特許出願第61/564024号明細書の米国特許法第119条に基づく優先権の利益を主張するものであり、その内容に依拠し、その全体を参照によって本願に援用する。
本発明は光学式タッチスクリーン、特に堅牢な光学式タッチスクリーンシステム及び、平面透明シートを使用し、複数のタッチイベントを検出できる方法に関する。
タッチスクリーン機能を有するディスプレイの市場は急成長している。その結果、ディスプレイにタッチスクリーン機能を持たせることができるようにする様々な感知技術が開発されてきた。しかしながら、既存の技術は各々、特定の用途に関して、ディスプレイの製造コストを大幅に増大させるようなある種の性能上の欠点を有する。
タッチスクリーン機能はモバイル機器応用、例えばスマートフォン、電子書籍リーダ、ラップトップコンピュータ、タブレットコンピュータ等においてその用途をますます広げている。これに加えて、デスクトップコンピュータや壁掛け式スクリーン等の、より大型のディスプレイはさらに大型化している。このようなディスプレイの大型化には、透過型静電容量(PCAP)方式等の従来のタッチスクリーン技術を使用した場合、ディスプレイのコストの増大が伴う。
したがって、最も小型のハンドヘルドデバイスから最も大型のディスプレイまで、幅広い範囲の用途のタッチスクリーンの全体的な厚さと重量を極小化する必要がある。さらに、より堅牢な機能、例えばより高いタッチ位置特定精度、指紋の付着しにくさ、マルチタッチ機能等を有するタッチスクリーンも求められている。
本発明のある態様は、周辺を有する透明シート上のタッチイベントの位置を、周辺に隣接して動作可能に設置された光源素子と感光素子により特定する方法である。この方法は、感光素子を使って光源素子からの光の強度値を測定するステップを含み、光は光源素子と感光素子の間の視線に沿って透明シートの内部を伝播する。この方法はまた、各感光素子に関する限界直射線(limiting lines−of−sight)を減衰量閾値と比較した強度値に基づいて判定するステップを含む。この方法はまた、各感光素子に関する限界直射線によって画定される三角形を重複させて、1つ以上の多角形を特定するステップを含む。この方法は、これに加えて、1つ以上の多角形の中心を判定して、タッチイベントの位置を特定するステップを含む。
いくつかの実施形態において、各多角形は、測定強度値に基づく、それに関連する減衰量を有し、この方法は、それに関連する減衰量が減衰量閾値より小さい多角形をすべて排除するステップをさらに含む。いくつかの実施形態において、この方法は、検出信号強度と信号閾値との比較に基づいて、タッチイベントの強度を判定するステップをさらに含む。いくつかの実施形態において、透明シートは赤外(IR)光に対して実質的に透過性であり、光源素子からの光はIR波長を含む。他の実施形態において、感光素子に隣接して設置されたバンドパスフィルタでのIR光であって、バンドパスフィルタは可視光と、光源素子により発せられるIR光とは異なるIR波長を有するIR光に対して実質的不透過性であるように構成される。いくつかの実施形態において、周辺は複数の角部を有し、この方法は、感光素子を複数の角部の各々に1つずつ隣接して配置するステップを含む。
いくつかの実施形態において、この方法は、感光素子から、感光素子により検出された強度値を表すそれぞれの検出信号を発生するステップと、検出信号を処理して、限界直射線を判定するステップと、をさらに含む。他の実施形態において、検出信号を生成するステップは、光源素子がオフにされたときに感光素子の1つで第一の光電流測定を行うステップと、光源素子がオンにされたときに同じ1つの感光素子で第二の光電流測定行うステップと、第一の光電流を第二の光電流から差し引くステップと、をさらに含む。
いくつかの実施形態において、検出信号を生成するステップは、増幅器を有する電気回路で検出信号を処理するステップを含み、この方法は、一定の総時間ΔTにわたって積分光電流測定を行うステップと、一定の総時間ΔTをN個の間隔に細分して、それに対応する時間間隔ΔT/Nを有するN個の部分測定値を画定するステップと、N個の部分測定値を加算して、1回の積分を模擬するステップと、増幅器の過負荷を回避するために、Nを動的に選択するステップと、をさらに含む。
いくつかの実施形態において、n個の感光素子があり、この方法は、感光素子のうちの第一の素子に関する第一の三角形の集合を判定するステップと、感光素子のうちの第二の素子に関する第二の三角形の集合を判定するステップと、第一と第二の三角形の集合から第一の多角形の集合を判定するステップと、感光素子のうちの第三の素子に関する第三の三角形の集合を判定するステップと、第三の三角形の集合と第一の多角形の集合の交差点を特定して、第二の多角形の集合を形成するステップと、n番目の感光素子が動作d)で使用される最後の多角形の集合に到達するまで前述のステップを繰り返して、タッチイベントの位置を特定するステップと、をさらに含む。いくつかの実施形態において、1つ以上の多角形の中心を判定するステップは、各多角形に関して、その多角形内の減衰量の値を判定するステップと、その多角形の質量中心をその多角形内の減衰量の値に基づいて計算するステップと、質量中心をその多角形の中心として特定するステップと、を含む。
いくつかの実施形態において、1つ以上の多角形の中心を判定するステップは、各多角形に関して、その多角形内の減衰量についての一定値を仮定するステップと、その多角形の幾何学中心をその多角形の中心として計算するステップと、を含む。いくつかの実施形態において、測定強度値は感光素子によって検出信号の強度に変換され、この方法は、直射線に沿って伝播する光のベースライン測定値を特定するステップと、閾値検出信号強度をベースライン測定値に基づいて定義するステップと、減衰した直射線に関連する検出信号強度を閾値信号強度と比較して、タッチイベントが発生したか否かを判定するステップと、をさらに含む。他の実施形態において、この方法は、ベースライン測定値を検出器信号強度の変化に基づいて調整するステップと、閾値信号強度を調整後のベースライン測定値に基づいて調整するステップと、をさらに含む。
本発明の他の態様は、1つ以上のタッチイベントの位置を検出するタッチスクリーンシステムである。システムは、周辺と、1つ以上のタッチイベントがその上で発生する上面と、を持つ透明シートを有する。システムはまた、複数の光源素子を有し、これは光を発し、周辺に隣接して動作可能に設置され、光を透明シートの中に結合し、全内部反射によってその中で伝播させる。システムは複数の感光素子をさらに含み、これは周辺に隣接して動作可能に設置され、感光素子からの光を検出し、それに応答して、検出された光強度を表す信号強度を有する検出信号を生成する。1つ以上のタッチイベントにより、選択された感光素子に対応する直射線の少なくとも1つに沿って光強度が減衰する。システムはまた、光源素子と感光素子に動作可能に連結されたコントローラを含む。コントローラは、光源素子からの発光を制御し、検出信号を処理して、1)各感光素子内の検出信号強度を減衰量閾値と比較し、その感光素子に関する減衰した直射線のうちの限界直射線によって画定される1つ以上の三角形を特定し、2)1つ以上の三角形の少なくとも1つの交差点によって形成される少なくとも1つの多角形の位置を特定し、3)少なくとも1つの多角形の中心を計算して、それに対応する1つ以上のタッチイベントの位置を定義するように構成される。
上記の一般的な説明と以下の詳細な説明はどちらも、本発明の実施形態を表し、特許請求されている本発明の性質と特性を理解するための概観又は骨子を提供しようとするものであることが理解される。添付の図面は、本発明をさらによく理解するために含められ、本明細書の中に組み込まれ、その一部を構成する。図面は本発明の各種の実施形態を示しており、説明文と共に本発明の原理と動作を説明する役割を果たす。
いくつかの実施形態において、コントローラは、タッチイベントの強度を検出信号強度と信号閾値との比較に基づいて判定するようにさらに構成される。いくつかの実施形態において、透明シートは赤外(IR)光に対して実質的に透過性であり、光源から発せられる光はIR光を含み、感光素子はIR光を検出するように構成される。いくつかの実施形態において、周辺は複数の角部を含み、感光素子は複数の角部の各々に隣接して1つずつ設置される。いくつかの実施形態において、システムは、感光素子の各々に隣接して1つずつ設置されたバンドパスフィルタをさらに含み、バンドパスフィルタは各々、可視光と、光源素子により発せられるIR光と異なるIR波長を有するIR光に対して実質的に不透過性となるように構成される。いくつかの実施形態において、システムは、感光素子のうちの1つに動作可能に連結された電気回路をさらに含み、電気回路は、干渉照明によって生じる干渉電流を低減化又は除去する補償電流を提供するように構成される。いくつかの実施形態において、電気回路はプロセッサに動作可能に接続されたデジタル−アナログ変換器を含み、プロセッサはそこにフィードバック制御信号を供給して、補償電流を変化させる。
本発明のその他の特徴と利点は、以下の詳細な説明に記されており、一部は当業者にとって、その説明から容易に明らかとなるか、以下の詳細な説明、特許請求の範囲、添付の図面を含め、その中の記述に従って本発明を実施することにより認識されるであろう。特許請求の範囲は以下の詳細な説明の中に含められ、その一部を構成する。
本発明のその他の特徴と利点は、以下の詳細な説明に記されており、これは当業者にとって、その説明から容易に明らかとなるか、以下の詳細な説明、特許請求の範囲、添付の図面を含め、記載された通りに本発明を実施することにより認識されるであろう。
いくつかの図面には、参照しやすさのためにデカルト座標が示されているが、方向又は向きに関して限定することは意図されていない。
図1は、本発明による例示的なタッチスクリーンシステム10の概略図である。タッチスクリーンシステム10は、様々な民生用電子機器製品において、例えば無線通信可能な携帯電話やその他の電子機器、音楽プレイヤ、ノートブックコンピュータ、モバイル機器、ゲームコントローラ、コンピュータの「マウス」、電子書籍リーダ及びその他のディスプレイに関連して使用されてもよい。
タッチスクリーンシステム10は、透明シート20を含み、光源100と感光素子200が透明シートの周辺に隣接して設置されており、これについては後述する。所望により設置可能なベゼル40は、光源100と感光素子200を覆い、これらが観察者によって上から見えないようにする役割を果たす。「べゼル」という用語は本明細書において、少なくとも可視光を遮断する役割を果たし、タッチスクリーンシステム10の一部が使用者500にとって見えないように構成された(図14B参照)あらゆる遮光部材、フィルム、構成部品等を意味するように広く使用される。それゆえ、「ベゼル」という用語は、本明細書において使用される場合、腕時計等に用いられる従来の機械的ベゼルのように透明シートの縁部に配置された部材に限定されない。
タッチスクリーンシステム10はコントローラ300を含み、これは光源100と感光素子200に(例えば、バス301を介して)動作可能に接続され、タッチスクリーンシステム10の動作を制御するように構成される。コントローラ300は、プロセッサ302と、デバイスドライバ304と、インタフェース回路306とを含み、これらを以下により詳しく説明する。一例において、感光素子200はフォトダイオードを含む。
図2は透明シート20の断面図であり、図3は透明シートの角部を上から見た拡大図である。透明シート20は、バルク部分、すなわち本体21と、上面22と、底面24と、周辺27を画定する少なくとも1つの縁辺26と、を含む。例示的な透明シート20は概して長方形であり、4つの角部28を画定する4つの縁辺26を含み、透明シートのこの例は以下の説明において例示のために使用される。透明シート20の他の形状、例えば円を使用してもよい。
図3の拡大差し込み図は、角部28の1つが面取りされている例示的実施形態を示し、面取りされた角部に隣接して動作可能に設置された感光素子200の1つを破線で示している。拡大差し込み図には直射線105に沿って伝播する光104も破線で示されており、これについては後述する。
透明シート20は厚さTHを持ち、これは実質的に均一である(すなわち、上面と底面22と24が実質的に平行である)。一例において、透明シート20は長方形であり、X方向の寸法(長さ)LXとY方向への長さLYを有し、したがって4つの角部28が4つの縁辺26によって画定される。一般に、透明シート20は縁辺26が複数の角部28を画定する形状(例えば、六角形では6つの角部)を有することもできる。
透明シート20は一般に、例えばプラスチック、アクリル、ガラス等のように薄い平面シートに形成可能で、その本体21の内部での光の透過を支持し、拡散又は吸収による実質的な損失を生じさせない、どのような適当な透明材料で作製されてもよい。ある実施形態において、透明シート20は化学強化ガラス、例えばソーダライムタイプのガラス等であってもよい。透明シート20のための例示的なガラスは、イオン交換により硬化されたアルカリアルミノケイ酸ガラスである。これらのタイプのガラスはNa2O(ソーダ)、CaO(ライム)及びSiO2(シリカ)を含むことができるが、MgO、Li2O、K2O、ZnO、ZrO2等の酸化物を含むこともできる。これらのタイプのガラスは、イオン交換により硬化されると、タッチスクリーン用及びその他の用途(例えば、カバーガラスとして)にとって望ましいものとなる特定の特性を示す。透明シート20としての使用に適したソーダライムタイプのガラスの調製又は生産、あるいはそれらの両方に関してさらに詳しくは、2007年7月31日に出願された米国特許出願第11/888,213号明細書、2009年8月7日に出願された米国特許出願第12/537,393号明細書、2009年8月21日に出願された米国特許出願第12/545,475号明細書、2009年2月25日に出願された米国特許出願第12/392,577号明細書のうちの1つ以上に記載されており、これらの特許出願を参照によって本願に援用する。透明シート20のための例示的なガラスは、ニューヨーク州コーニング所在のコーニング社(Corning,Inc.)によるGorilla(登録商標)ガラスである。また、鉄分含有量の少ないGorilla(登録商標)ガラス、又はその他の鉄含有量の少ないイオン交換ガラス等の例示的なガラスは、IR波長の光104に対して透過性である。
図4は、図1のそれと同様のタッチスクリーンシステム10の概略図を示すが、システムのより詳細部を示し、説明しやすくするために、ベゼル40は省略されている。光源100は実際には光源アレイであり、これは透明シート20の周辺27に隣接して動作可能に設置されて示されている光源素子102を含む。例示的な光源素子102は、発光ダイオード(LED)である。また、ある実施形態において、光源素子102の各々は、例えば850nm〜950nmのようなIR波長の光104を発する。以下の説明において、光104はまた、適当であれば「光線」104又は「光ビーム」104とも呼ばれる。
図4は、光源素子102のうちの1つとそれに対応する例示的な感光素子200の間の例示的な直射線105を示す。長方形の透明シート20の例においては、各光源素子102は直射線105を有し、2つの感光素子200が相対する縁辺26の角部28にある点に留意されたい。それゆえ、透明シート20の長方形の構成では、各光源素子102からの光104は、それぞれの直射線105に沿って2つの感光素子200に入射する。
一例において、光源素子102は柔軟回路板(「柔軟回路」という)110の上に動作可能に実装され、柔軟回路は今度は透明シート20の各縁辺26に関連するプリント回路板(PCB)112に実装される。ある実施形態において、光源素子102は縁辺26において透明シート20に縁辺結合され、これを後により詳しく説明する。柔軟回路110とPCB112は図4の中では、例として透明シート20に平行な平面内で方向付けられて示されている。柔軟基板110とPCB112は、透明シート20に垂直な平面内で方向付けることもできる。
タッチスクリーンシステム10の一般的な動作において、プロセッサ302は光源素子102の逐次的な作動を駆動し、また毎回の光源の作動時の感光素子200での光104の検出を制御する。感光素子200は、光104の検出に応答して電気検出信号SDを生成し、この検出信号の強度は、それに沿って光が伝播する特定の直射線105に関して検出された光の強度を表す。それゆえ、各直射線105は、それに関連する特定の光強度を有する光路と考えることができる。インタフェース回路306の一部を感光素子200の付近に設置できる。例えば、プリアンプとアナログ−デジタル変換器を感光素子200の付近に設置して、特にプロセッサが中央に配置されたときのプロセッサ302と感光素子200の間の長いワイヤにおいて誘発される可能性のあるノイズを除去してもよい。
一例において、プロセッサ302は発光及び検出プロセスを制御して、例えば光源素子102からの光104に特徴(例えば、変調)を提供すること、又は感光素子200のゲート制御によってノイズを低減させること、又はこれらの両方によって光104の検出を最適化する。
図5は、縁辺26のうちの1つにおける透明シート20の拡大断面図であり、光源素子102がどのように透明シートに光学的に連結されるかの例を示す。図5の例では、光源素子102は例えば糊又は接着剤103を使って、透明シート20の縁辺26に縁辺結合される。また、図5は、柔軟回路110とPCB112が透明シート20の平面に対して垂直に配置されている例示的実施形態を示している点にも留意されたい。一例において、糊又は接着剤103は透明シート20の屈折率と屈折率にマッチングされている。
ある光源素子102は、作動されると光104(光線)を発生し、これは透明シート20の本体21の中へと伝播する。光104のうち、透明シート20の臨界内部反射角度θCより大きい角度を有する部分(図5参照)は、全内部反射によって透明シート本体21の中に捕捉されたまま留まり、その中で伝播する。内部反射光104の伝播が妨害されないままであれば、その直射線105の長さ全体にわたって伝播し、対応する感光素子200に到達する。感光素子200は、検出光104を、例えば光電流である上述の電気検出信号SDに変換するように構成される。電気検出信号SDはすると、プロセッサ302に送信されて、処理され、これについては後述する。それゆえ、透明シート20は、より多くの導波モード、すなわち透明シート内を臨界内部反射角度θCより大きい広い範囲の内部反射角度θで伝播する光線104を支持する光学的導波路として機能する。
図6Aは、図5と同様であり、光源素子102が透明シート20の底面24に隣接して配置され、そこに光学的に結合されている代替的な実施形態を示している。この面結合は縁辺結合の構成より有利ないくつかの点を提供し、その中には、製造しやすいこと、ベゼルが不要であること、タッチ感応性が向上すること、が含まれる。光104が透明シート20へと発せられると、複数のモードが、縁辺結合の構成に関連して上述したように、異なる跳ね返り角度で伝播する。縁辺結合の構成は、小さい跳ね返り角度のモードを生成する傾向がより強く、その一方で面結合の構成は、より大きい跳ね返り角度のモードを生成する。より大きい跳ね返り角度の光線104はタッチ感応性を増大させるが、これは、それらがより頻繁に上面22に当たり、これによってタッチイベントTEと相互作用する機会が増えるからである。
光源素子102が透明シート20を通して使用者500から見えないようにするために、ベゼル40を使用することができる。一例において、ベゼル40は、少なくとも可視波長では不透過性であり、所望に応じてIR波長では透過性のフィルムの形態である。ベゼル40のためのフィルムの一例は、可視及びIR波長を含む広い波長範囲にわたる光を吸収する黒い塗料を含む。図6Bに示される他の例では、ベゼル40を光源素子102と透明シート20の底面24の間に設置でき、この場合、ベゼルは発光素子の波長に対して実質的に透過性である必要がある。この場合、光104の使いやすい波長はIR波長である。
モデリンクの結果、図6の面結合構成を用いた場合、光源素子102から出力される光104の約28%が透明シート20の中に捕捉可能であり、これに対して図5の縁辺結合の構成では約80%であることがわかった。
図5及び図6Aと6Bを引き続き参照すると、例えば人の指Fが透明シート20の上面22に触れる等のタッチイベントTEが発生すると、これが全内部反射の条件を変化させる。それによって、光104は散乱し、上面22がタッチされた地点において(より正確には、小さな面積にわたって)透明シート本体21から散乱光104Sとして放出され、それによって光ビーム104が減衰する。対応する直射線105について対応する感光素子200に到達する光104の強度の低下により、(例えばベースライン光電流測定値と比較して)電気検出信号SDの信号強度が減少し(例えば、光電流が減少し)、タッチイベントTEが発生したことを示す。測定される電気検出信号SDの閾値Tは、タッチイベントTEが発生したか否かの判断に使用でき、これについては以下に詳しく説明する。
図7は、透明シート20、光源素子102、感光素子200の正面図であり、タッチイベントTEの発生と位置がどのように判定されるかを示す。前述のように、ある光源素子102からの光104は、その光源素子と反対に配置された(すなわち、同じ縁辺26の角部28とは関連していない)感光素子200までの直射線105を有する。図7は、限界光ビーム104−1、104−2、104−3、104−4と、それに対応する減衰した、又は「中断された」ビーム104−B1、104−B2、104−B3、104−B4を示しており、これは例示的なタッチイベントTEに基づく、感光素子200−1、200−2、200−3、200−4に関するそれぞれの直射線105−1、105−2、105−3、105−4を画定する。タッチイベントTEの正確な位置は、後述のアルゴリ図を使って判定される。
タッチイベントTEの位置分解能は透明シート20の縁辺26における光源素子102の密度によって決まり、これが今度は直射線105の密度を決定する。透明シート20が長さLX=432mm、長さLY=254mmであり、252個の光源素子102が縁辺26に分散され、光源素子のうち80個が長辺に沿って配置され、光源素子のうち46個が短辺に沿って配置されたタッチスクリーンシステム10の例示的な構成を考える。直径10mm(これは略、指によるタッチの大きさ)の円形のタッチイベントTEの場合、光源素子102のピッチが5.25mmであれば、タッチイベントTEは確実に少なくとも1つの光ビーム104を中断する、すなわち少なくとも1つの直射線105を妨害するであろう。
コントローラ300は、光源素子102を作動させ、それが光104を選択された方法で発するようにするのに必要な機能を提供するように構成される。コントローラ300はまた、感光素子200からの電気検出信号SDを受信して処理し、透明シート20の上面22上の、タッチイベントTEが発生した1つ以上の位置を判定するように構成される。
特に、図4を再び参照すると、コントローラ300は上述のプロセッサ302(例えば、マイクロプロセッサ)と、上述のデバイスドライバ(ドライバ回路)304と、上述のインタフェース回路306と、を含む。プロセッサ302は、ドライバ回路304とインタフェース回路306に信号線、バス、又はその他を介して連結される。プロセッサ302は、ドライバ回路304とインタフェース回路306の動作を制御、調整して上述の機能と動作を実現し、上述の方法のための各種の計算を実行するコンピュータ読取可能コード(ソフトウェアプログラム)を実行するように構成される。例えば、プロセッサ302は制御信号(図示せず)をドライバ回路304に供給し、それぞれの光源素子102及び感光素子200をいつ作動させ、無効にするか(すなわち、オンにし、オフにするか)を指示する。
インタフェース回路306は、感光素子200から電気検出信号SDを受信して、これらの信号を処理し、これらがプロセッサ302に入力されるようにする。例えば、感光素子200がフォトダイオードを含む場合、インタフェース回路306はフォトダイオードに適当な偏倚条件を提供し、これらが正しく光104を感知できるようにしてもよい。この点で、インタフェース回路306は、特定の期間中に特定の感光素子200を作動させ、それ以外は無効とするように構成されていてもよい。
インタフェース回路306はまた、(例えば、図示されていない積分ダンプ回路により)フォトダイオードからの電気検出信号SD(例えば、アナログ光電流)を処理して、これをプロセッサ302のためのデジタルフォーマットに変換するように構成されてもよい。この構成は信号対ノイズ比を改善する。光源素子102と感光素子200をコントローラ300に電気的に接続する2つの例示的選択肢は、I2C(2ワイヤインタフェース)等のバスを使ったデイジーチェーン型又はコントローラから個々の感光素子の各々へのスター型である。前者の選択肢は配線を簡素化し、その一方で後者は性能を改善する。
コントローラ300は、光源素子102と感光素子200に、上述のバス301、又は同様の電気ケーブル等の適当な電気接続を介して電気的に接続される。一例において、コントローラ300のいくつかの部分はPCB112上にある。
プロセッサ302は適当なハードウェア、例えば標準的なデジタル回路、ソフトウェア及び/又はファームウェアプログラムを実行するように動作可能な既知のプロセッサの何れか、あるいは1つ以上のプログラム可能なデジタル機器又はシステム、例えばプログラマブルリードオンリメモリ(PROM)、プログラマブルアレイロジックデバイス(PAL)等の適当なハードウェアを使って実装してもよい。例示的なプロセッサ302は、アリゾナ州チャンドラー所在のMicrochip Technology,Inc.から入手可能なPICマイクロプロセッサである。
さらに、コントローラ300は特定の機能ブロック(すなわち、プロセッサ302、ドライバ304、インタフェース306)に分割されて示されているが、このようなブロックは別々の回路によって実装し、及び/又は1つ以上の機能ユニットに組み合わせてもよい。プロセッサ302は、異なるソフトウェアプログラムを実行して、後述の方法に基づいて、1つ以上のタッチイベントの1つ以上の位置を計算するための異なる方式を実行してもよい。
上述のように、コントローラ300は、光源素子102の作動と選択された感光素子200による光104の検出を調整するように構成される。光源素子102を作動させる方法の一例は、光源素子がある方向に周辺に沿って逐次的に作動されるトラッキング法である。しかしながら、異なる方法とシーケンスで光源素子102を作動させることができる。例えば、選択された時間後にタッチイベントTEが検出されていなかった場合、シーケンス処理は、光源素子102の作動がより低い頻度で、又は異なる順序で行われる(例えば、奇数番号の光源素子だけ)低電力状態となってもよい。光源素子102はまた、例えばタッチイベントTEが最初に検出されたとき等、場合によってはより高い頻度で作動させて、タッチイベントの位置の判定の分解能を高めることができる。
1回タッチイベントの方法
本発明のある態様は、タッチスクリーンシステム10の上の1回タッチイベントTEの位置を判定する方法を含む。この方法の中の第一のステップは、各光源素子102を作動させて、対応する光ビーム104を発生させるステップを含む。この第一のステップはまた、対応する感光素子200における光ビーム強度を測定して、対応する感光素子に関するすべての光ビーム強度のベースライン測定値を得るステップを含む。ベースライン測定強度は、電気検出信号SDのベースライン信号強度によって表される。このベースライン測定によって、光ビーム104のベースライン強度をタッチイベント光ビーム強度と比較して、タッチイベントTEが発生したか否か、及びどこでそれが発生したかを特定できる。このベースライン測定ステップの実行方法の一例を以下に説明する。
本発明のある態様は、タッチスクリーンシステム10の上の1回タッチイベントTEの位置を判定する方法を含む。この方法の中の第一のステップは、各光源素子102を作動させて、対応する光ビーム104を発生させるステップを含む。この第一のステップはまた、対応する感光素子200における光ビーム強度を測定して、対応する感光素子に関するすべての光ビーム強度のベースライン測定値を得るステップを含む。ベースライン測定強度は、電気検出信号SDのベースライン信号強度によって表される。このベースライン測定によって、光ビーム104のベースライン強度をタッチイベント光ビーム強度と比較して、タッチイベントTEが発生したか否か、及びどこでそれが発生したかを特定できる。このベースライン測定ステップの実行方法の一例を以下に説明する。
最も単純なタッチ位置検出方法は、タッチイベントのTEによる妨害された(すなわち、減衰した)光ビーム104の三角測量法に基づく。この方法においては、ある光源素子102とある感光素子200の間の直射線105に沿って、タッチイベントTEにより減衰量が所与の閾値を超えると、その光ビーム(又は、これと同等に、その直射線)は減衰、妨害、又は「中断」されたとされ、これは図7の中で中断光ビーム104−B、すなわち光ビーム104−B1、104−B2、104−B3、104−B4によって示されている。図7において、説明しやすくするために、限定された数の中断光ビーム104−Bのみが示されている。
この方法の第二のステップは、中断光ビーム104−Bの扇形範囲を中断光ビームの各扇形範囲の中心に沿って得られた1本の中心線104Cに置き換えることである。4つの感光素子200があるため、図8に示されるように、4つの中心線104C(すなわち、104−C1〜104−C4)がある。
第三のステップは、中心線104Cの交差点109の位置を計算するステップを含む。説明しやすくするために、交差点109のいくつかだけに符号が付けられている。角度分解能の制限によって、中心線104Cはすべてが1点で交差するとはかぎらない。むしろ、4つの中心線104Cは概して、タッチイベントTEの実際の中心の付近の(x,y)の位置を有する最大6つの交差点109の塊を作る。それゆえ、第四のステップは、中心線交差点109の(x,y)座標を平均して、タッチイベントTEの位置の最終予測(x’,y’)を得るステップを含む。
一般に、tをタッチイベントTEの数、pを感光素子200の数とすると、t回のタッチイベントに関する中心線交差点の最大数NMはNM=t2p(p−1)/2となる。1回タッチイベントTEの場合、t=1、NM=t2p(p−1)/2となる。検討中の特定のタッチスクリーンシステム10の例では、1回タッチイベントTEと4つの感光素子200があり、その結果、最大で6つの中心線交差点が得られることに留意されたい。それゆえ、中心線交差点の実際の数NAが最大数NMを超えた場合、これは、想定されるt回のタッチイベントより多くのタッチイベントがあることを示す。
例えば、1回タッチイベント(t=1)と4つの感光素子(p=4)の場合、NA>6であれば、複数タッチイベントTEが発生している。それゆえ、本明細書で開示される方法の1つの態様は、t回のタッチイベントに関する中心線交差点の最大数NMを計算するステップと、中心線交差点の実際の数NAを測定するステップと、NMとNAの数値を比較するステップと、を含み、NA>NMはタッチイベントがt回より多いことを示す。
この方法はタッチイベントTEの数が1つか、1より大きいかを識別する場合、すなわち、中心線交差点の実際の数NAを測定し、NAを1回タッチイベントに関連するNMと比較することによって、タッチイベントTEの実際の数が1より大きいか否かを判定する場合に特に有益である。
シミュレーションを実行して、実際のタッチ位置を計算によるタッチ位置(x’,y’)と比較して、上述の例示的なタッチスクリーンパラメータに関する誤差量を判定した。シミュレーションの結果、誤差は約0.98mmであり、これは光源素子102のピッチが5.25mmの例よりはるかに小さい。多数のランダムな地点をテストしたところ、最悪の場合の位置誤差は約3mm、一般的な誤差は1mm未満であることがわかった。
2回タッチイベントの場合の方法
上述の方法は1回タッチイベントTEについて非常にうまく機能し、2回タッチイベントにも拡張して適用可能である。ここで、この2回タッチイベント方式を説明する。
上述の方法は1回タッチイベントTEについて非常にうまく機能し、2回タッチイベントにも拡張して適用可能である。ここで、この2回タッチイベント方式を説明する。
図9は、図7と同様であり、2回タッチイベントTE1とTE2に関連する光線104の扇形範囲を示しており、説明しやすくするために、限界光線104−1〜104−4だけが示されている。図10は、図9と同様であり、図9の光線104の扇形範囲に基づく中心線104Cを示している。図10からわかるように、2回タッチイベントTE1とTE2がある場合、中心線104Cの交差点109の多くは、実際のタッチイベント位置に近くない。しかしながら、中心線交差点109はタッチイベントTE1とTE2の位置の付近では塊になる傾向があることも観察される。このような中心線104Cの軌跡の特徴を利用して、2回タッチイベントTE1とTE2の位置(x’1,y’1)と(x’2,y’2)を計算する。
それゆえ、一実施形態において、中心線交差点109の全部の交差点座標(x1,y1)、(x2,y2)等は、1回タッチイベントTEに関するケースとほとんど同じ方法で計算される。4つの感光素子200が用いられている場合、あるタッチイベントのビーム交差点の最大数NBは6である(NBに関する上述の式を参照)。それゆえ、測定されたビーム交差点の数が6より大きい場合、少なくとも2回のタッチイベントTE1とTE2があると結論される。
複数タッチイベントの場合、方法の中の次のステップは、中心線交差点109の塊を探すステップを含み、これは、擬似交差点がタッチイベントの実際の位置から比較的長い距離だけ離れた位置にある傾向があるからである。再び、タッチスクリーンシステム10の離散的角度分解能によって、対応するタッチイベントTE1とTE2に関連する中心線交差点109において、ある程度の広がりがあると予想される。タッチイベントに対する感度を増大させる1つの方法は、感光素子200の数を増やすことである。一例において、少なくとも1つの感光素子を、縁辺26に沿って隣り合う角部28間の中央に配置して、透明シート20の対角線に沿って発生しうる複数タッチイベントに関する測定感度を増大させる。
一例において、有効なタッチイベントTEが発生したと判定する要件は、すべてが特定の距離許容差D内にある中心線交差点109の最小数Mと規定される。例示的な要件は、半径D=4mmの円内に少なくともM=3の交差点109があることとしてもよい。距離許容差Dと交差点109の最小数Mは、タッチイベントTEの有効性を証明するように結果を最適化するために選択できる。一例において、距離許容差D内にQ個の交差点109があってもよく、Q≧Mである。
次のステップで、この方法は、Q≧Mの交差点の塊の(x1,y1)、(x2,y2)等の座標を平均して、それぞれタッチイベントTE1とTE2に関する計算された位置(x’1,y’1)と(x’2,y’2)に到達するステップを含む。1回タッチの方法と同様に、一例において、タッチイベントTE1又はTE2の位置の計算精度は数mmのオーダでありうる。
複数タッチイベントTEに関する上述のアルゴリズムは一般に、2回タッチに関してはうまく機能するが、特にタッチイベントがスクリーンの対角線付近で起こった場合、特定のタッチイベント位置についての擬似タッチ結果が発生しやすい。この欠点は、上述の中心線交差点の要件を厳しくすることによって、例えば、所与の距離許容差Dに関する中心線交差点109の数Mをより大きくすることによって緩和される。
例示的なベースライン測定方法
上述のように、タッチイベントTEの位置(又は2回タッチイベントTE1とTE2の位置)を判定する方法における1つのステップは、まず、タッチイベントがないときに検出信号強度のベースライン測定を実行するステップを含む。ここで、ベースライン測定を実行する例示的な方法を説明する。
上述のように、タッチイベントTEの位置(又は2回タッチイベントTE1とTE2の位置)を判定する方法における1つのステップは、まず、タッチイベントがないときに検出信号強度のベースライン測定を実行するステップを含む。ここで、ベースライン測定を実行する例示的な方法を説明する。
例示的なベーライン測定方法では、感光素子200を使って、タッチスクリーンシステム10の各光源素子102からの各光ビーム104の減衰していない強度を推定する。感光素子200による減衰していない光ビーム104の検出に関連する検出信号強度の推定値が、任意の強度単位(例えば、mAの光電流)の振幅A0(t)を有する場合、生成された電流測定値A(t)をオンザフライで修正し、各光ビームに関して0〜1で変化する推定光ビーム透過関数G(t)を得ることができる。p個すべての光素子について、G(t)→G(p,t)である。
感光素子200を使った強度測定値の平均ノイズに関するある程度の知識を前提として、合理的な検出閾値Tを定義できる。例えば、毎秒NBの光ビーム104が測定され、擬似タッチイベントの検出がK秒に1回を超える頻度では発生しえない場合、擬似タッチイベントの確率は1/(NBK)で得られる。各透過測定値G(p,t)が分散σ2を有する場合、検出閾値TはT=G(p,t)=1−zσに設定でき、式中zは再帰リレーションシップerf(z/√2)=(NK=1)/NKとして定義さる標準偏差の数であり、「erf」は誤差関数、「√2」は2の平方根である。
下表1は、50Hzで伝播する256の光ビーム104を有し、したがってNBK=(256)(50Hz)=12,800となる例示的なタッチスクリーンシステム10の平均擬似タッチ時間(MTFT)検出に関するzの例示的な値を示す。発明者が原理の証拠を示すために製作した例示的なタッチスクリーンシステム10では、スイッチ式積分器を使用し、その信号対ノイズ比(SNR)は100のオーダであり、その結果、z=5での検出閾値と5%のタッチスクリーン感度が得られた。この検出閾値は、タッチイベントTEを、2つ以上の光ビームを同時に中断する必要のあるものと定義することによって簡単にできる。
正規化透過率G(t)が特定されると、この方法は2つの検出状態、すなわちG(t)≧T=1−σzとして定義されるアイドル状態(「IDLE」)とG(t)<T=1−σzとして定義されるタッチ状態(「TOUCHED」)を画定するステップを含む。IDLE時間中、G(t)からの新しいサンプルの偏差を累積し、その後、標準偏差σを単純な方法で計算する。次に、この計算された標準偏差σを使用して、変化する照明レベル及び各種の光ビーム強度とSNRに基づく検出閾値Tをより精緻化する。
ベースライン測定方法は、タッチスクリーンシステム10において以下の例示的なアルゴリズムを使って実行でき、その中ではRMS偏差σではなく、平均偏差sが使用される。また、擬似トリガを容認可能な値まで低減させるためには、経験的にノイズ乗算器が選択される。アルゴリズムは、各光ビーム104に関して独立に平行して実行される。次に説明するアルゴリズムでは、トラッキングステップΔは、ベースライン推定を実際の測定信号に基づいて変化させる量である。スムージング係数εを使って、信号のばらつきを平滑化する(下記のステップ7参照)。
1.トラッキングステップΔ、平滑化係数ε、ノイズ増倍係数z、ベースライン振幅A0の合理的なスタート値推定、平均チャネルノイズsから始める。
2.所与の直射線105に関するある光ビーム104の信号振幅Aを測定する。
3.測定された信号振幅Aがベースライン推定A0を超える場合、ベースライン推定を現在の入力信号に設定し、A0が両側ノイズ分布の上端に追従するようにする。
4.測定された信号振幅Aがベースライン推定A0未満である場合、ベースライン推定をA0=A0−Δに減少させる。
5.正規化信号振幅をG=A/A0に設定する。
6.T=(A0−A)>zsの場合、TOUCHED状態を示す。
7.あるいは、T=(A0−A)≦zsである場合、IDLE状態を示す。所望により、sの推定はここで、s=(1−ε)s+ε(A0−A)と設定することによって改善できる。
8.残りの光ビーム104について、ステップ2から繰り返す。
1.トラッキングステップΔ、平滑化係数ε、ノイズ増倍係数z、ベースライン振幅A0の合理的なスタート値推定、平均チャネルノイズsから始める。
2.所与の直射線105に関するある光ビーム104の信号振幅Aを測定する。
3.測定された信号振幅Aがベースライン推定A0を超える場合、ベースライン推定を現在の入力信号に設定し、A0が両側ノイズ分布の上端に追従するようにする。
4.測定された信号振幅Aがベースライン推定A0未満である場合、ベースライン推定をA0=A0−Δに減少させる。
5.正規化信号振幅をG=A/A0に設定する。
6.T=(A0−A)>zsの場合、TOUCHED状態を示す。
7.あるいは、T=(A0−A)≦zsである場合、IDLE状態を示す。所望により、sの推定はここで、s=(1−ε)s+ε(A0−A)と設定することによって改善できる。
8.残りの光ビーム104について、ステップ2から繰り返す。
図11は、例示的なタッチスクリーンシステム10で行われる測定から取得されたデータに基づく、A(実線)で示される測定電気検出信号SD、ベースライン信号A0(点線)、信号閾値T(破線)の信号強度(相対単位)対時間(マイクロ秒)の代表的なグラフである。このグラフは、信号閾値Tがベースライン信号A0に追従する様子を示し、また、異なるタイミング、それぞれだいたい125ms、145ms、157ms、185msで発生した4つの異なるタッチイベントTE(すなわち、TE1〜TE4)を示している。
定数Δ、ε、z、sを選択する際には、いくつかのトレードオフを行う必要がある。一例において、ベースライン推定の変化を説明するのに十分な大きさにトラッキングステップΔを設定する必要があるが、タッチイベントの発生が曖昧になるほどベースラインを大きく変化させてタッチイベントTEを曖昧にするような大きさにはしない。一例において、それ以下になるとベースラインがΔだけ調整されなくなる、最大信号「ドループ」が画定される。一例において、擬似ビーム破壊イベントを排除できるだけの高さとなるようにzの数値を選択できる。zの適当な値を決定するには、いくつかの経験的データが必要かもしれない。
このアルゴリズムは、当業者にとってよく知られた様々な方法で調整し、ある条件群の下で最適性能を得るようにすることができる。たとえば、アルゴリズムを、ベースライン値A0が不自然に高くなる原因となりうるインパルス性ノイズの影響を受けにくくなるようにすることができる。これは、平均ベースライン信号を追跡し、測定信号中のすべてのスパイクが弱められるように平均化されたベースライン信号を生成することによって実現できる。
また、ベースライン信号値A0の調整量は、様々なタッチイベントTE、例えば透明シート20の上面22上の指紋、上面のクリーニング、スクリーンへの感圧性接着メモの付着等を扱い、それらを区別できるように調節できる。
これに加えて、システムはこの方法を利用して、タッチイベントTEの強度を判定することができる。これは、異なる可能なコンピュータプロセスをタッチイベントTEの強度に基づいて選択できるいくつかの実施形態にとって特に有利である。例えば、強いタッチイベントTEをコンピュータプログラムの選択又は作動に対応させてもよく、これに対して、軽いタッチイベントは他の動作に対応する。
本明細書で開示されるベースライントラッキング方法には多くの利点がある。第一は、非線形フィルタ処理によって迅速なピークトラッキングが可能となり、タッチイベント中のベースラインの保持能力が得られることである。第二は、タッチ閾値を動的な環境条件に合わせて自動的に調節でき、それによってシステムがタッチイベントの検出と擬似タッチイベントの回避の点でより堅牢となることである。第三は、この方法が、以前に特定されたベースラインに戻らないタッチイベント、例えば透明シート20の上面22上に堆積した蒸気や残留物に対応できる点である。第四は、この方法が、この方法によらなければベースラインを極限値にリセットする可能性のあるインパルスノイズを抑制できることである。第五は、この方法により、付着した汚れをタッチイベントとならないように篩い分けることができることである。
タッチ感応ディスプレイ
図12はタッチスクリーンシステム10を従来のディスプレイユニット410、例えば液晶ディスプレイに隣接して、その上方に(例えばその上に)動作可能に配置することによって形成された例示的なタッチ感応ディスプレイ400の概略図である。図13は、例示的なタッチ感応ディスプレイ400の分解概略図であり、図12より詳細部を示している。タッチ感応ディスプレイ400はベゼル40を含み、これは一例において、透明シート20の上面22に、縁辺26に隣接してある。タッチスクリーンシステム10はディスプレイ410の上に動作可能に配置され、一例においては、タッチスクリーンシステムを構成する各種の構成部品を支持する筐体12を含む。
図12はタッチスクリーンシステム10を従来のディスプレイユニット410、例えば液晶ディスプレイに隣接して、その上方に(例えばその上に)動作可能に配置することによって形成された例示的なタッチ感応ディスプレイ400の概略図である。図13は、例示的なタッチ感応ディスプレイ400の分解概略図であり、図12より詳細部を示している。タッチ感応ディスプレイ400はベゼル40を含み、これは一例において、透明シート20の上面22に、縁辺26に隣接してある。タッチスクリーンシステム10はディスプレイ410の上に動作可能に配置され、一例においては、タッチスクリーンシステムを構成する各種の構成部品を支持する筐体12を含む。
図14Aは、例示的なタッチ感応ディスプレイ400の概略断面部分分解図であり、タッチスクリーンシステム10をどのように従来のディスプレイユニット410に統合するかの一例を示している。従来のディスプレイユニット410は液晶ディスプレイの形態で示されており、これは光416を発生するバックライトユニット414と、薄膜トランジスタ(TFT)ガラス層420と、液晶層430と、上面452を備えるカラーフィルタガラス層450と、上面462を備える上側偏光層460と、を含み、これらのすべてが図のように配置されている。フレーム470はカラーフィルタガラス層450の縁辺の周囲に設置される。光源素子102はフレーム470内に動作可能に支持され、柔軟回路110がカラーフィルタガラス層450の上面452の上のフレーム内に支持されている。これは、上側482を有する一体型ディスプレイアセンブリ480を形成する。
次に、図14Bを参照すると、最終的なタッチ感応ディスプレイ400を形成するために、透明シート20が従来のディスプレイユニット410に一体化されたディスプレイアセンブリ480に、透明シートをアセンブリの上側482に動作可能に設置することによって追加される。透明シート20は、IR透過性であるが、見た目は不透明な層の形態の上記のベゼル40を含む。吸収層41を透明シート20の縁辺26に含めて、透明シートの縁辺からの光104の反射を防止することができる。
図14Aと14Bのタッチ感応ディスプレイ400の実施形態において、光源素子102はIR透過性ベゼル40を通じて透明シート20の底面24に面結合される。また、所望により、透明シート20と上側偏光層460の間にエアギャップ474を形成してもよい。一例において、各種のマーク(図示せず)を透明シート20の上に、又はこれを通して使用者500向けに表示し、使用者がタッチスクリーンシステム10とやり取りするのを案内してもよい。例えば、このマークは、透明シート20の上面22上の、使用者の選択、ソフトウェアの実行等を示すために確保された領域を含んでいてもよい。
他の感光素子の配置
図6Aと図6Bに示されるタッチスクリーンシステム10の例示的実施形態において、光源素子102は透明シート20の底面24の、周辺27又はその付近に取り付けられる。この構成では、光104の半分が直接透明シート20を通じて、使用者500がいる上方の空間の中へと光る。偶然、ある物体、例えば使用者の手(図示せず)等が透明シート20の上面22の付近にあると、これは光104の一部を反射する可能性があり、この反射光の一部が感光素子200のうちの1つへと進むことができる。物体が遠ざかると、物体からの反射光を検出したものと同じ感光素子はその光を感知しなくなる。これは、検出信号の中にも表れ、タッチイベントTEの模倣となりうる。このような模倣のタッチイベント信号はまた、「ホバー信号」とも呼ばれ、これは、それが透明シート20の上面22の上方での物体のホバリングによって発生するからである。
図6Aと図6Bに示されるタッチスクリーンシステム10の例示的実施形態において、光源素子102は透明シート20の底面24の、周辺27又はその付近に取り付けられる。この構成では、光104の半分が直接透明シート20を通じて、使用者500がいる上方の空間の中へと光る。偶然、ある物体、例えば使用者の手(図示せず)等が透明シート20の上面22の付近にあると、これは光104の一部を反射する可能性があり、この反射光の一部が感光素子200のうちの1つへと進むことができる。物体が遠ざかると、物体からの反射光を検出したものと同じ感光素子はその光を感知しなくなる。これは、検出信号の中にも表れ、タッチイベントTEの模倣となりうる。このような模倣のタッチイベント信号はまた、「ホバー信号」とも呼ばれ、これは、それが透明シート20の上面22の上方での物体のホバリングによって発生するからである。
確実に実際のタッチイベントだけがタッチスクリーンシステム10によって検出されるようにするために、全内部反射によって透明シート20の本体21内で伝播する、案内された光104だけを感光素子200で検出できる。図6Aと図6Bに示されるような上述の特定の実施形態は、周辺光を抑制する問題に対処している。
図15Aは、光源素子102からの光104の検出に対する周辺光600(及び特に日光)の不利な影響を低減させるために有益なタッチ感応ディスプレイ400のための例示的な構成の拡大部分断面図である。例示的な構成は、上面522と底面524を有するスラブ導波路520を含む。スラブ導波路520は、その上面522が透明シート20の底面24に隣接した状態で設置される。スラブ導波路520は透明シート20の縁辺26に隣接して配置され、短い距離だけ内側に延び、それによって少なくとも感光素子200を覆う。この断面図には感光素子200の1つが示されている。
スラブ導波路520はフレーム上面472から、フレームの上面とスラブ導波路の底面524の間に設置された分離部材550によって分離されている。透明シート20の底面24に設置されたIR透過性ベゼル40は、可視光を遮断するが、IR光104を透過させるフィルタとしての役割を果たす。反射層540がスラブ導波路520の上面522の一部の上に設置され、IR光104を、スラブ導波路の底面524の一部に隣接して配置された感光素子200へと向かって反射するのを支援する役割を果たす。一例において、フレーム上面472は光吸収層541を含む。
ベゼル40を、約950nmのIR波長を有する光104を透過させるが、それ以外の光の波長、例えば日光、室内灯、又は光104以外のその他の光等の周辺光600のそれを遮断するIRフィルタとして使用することによって、感光素子200は、周辺光からの実質的な干渉を受けずに光104を検出できる。反射層540は、周辺光600が感光素子200に直接入射するのを防止しながら、同時に光104を感光素子に向かって反射するのを支援するシールドとして機能する。ここで、この反射の支援には、これがなければ全内部反射によって透明シート20の本体21内で反射されない光104を反射することを含んでいてもよい。
図15Aを引き続き参照して、全内部反射を通じて透明シート20の本体21内で伝播する光104を考える。ある光線104が透明シート20を横切って感光素子200に向かって伝播すると、小型導波路の始点と反射層540の前端によって画定される窓145でスラブ導波路520に入る機会がある。この窓145に入らない光線104は、引き続き透明シート本体21内を伝播して、最終的には、その上に設置された吸収層41の縁辺26で吸収される。
窓145に入った光線104は、感光部材200に入射する機会を有する。そうなるためには、光線104は小型導波路520の中のその下面524で内部反射され、反射層540によって反射されて、感光素子200に向かって伝播しなければならない。反射層540は光線104が透明シート20に入らないようにし、一般に光線が感光素子200に当たる前に漏出する機会がなくなるようにする点に留意されたい。
ここで、周辺光(すなわち、周辺光線)600について考える。周辺光線600の挙動は、部分的には、周辺光線が透明シート20の上面22と成す入射角αに依存する。入射角αが非常に浅い(すなわち、αが90度に近いか、又は低角度入射である)場合、周辺光線600は上面22で反射され、透明シート本体21に入らない。より小さい入射角αを有する周辺光線600は透明シート20を直接通って伝播する。このような周辺光線600が反射層540に入射すると、これらは反射されて戻り、透明シート20の上面22から出る。
周辺光線600が透明シート20を通過して、窓145も通過し、スラブ導波路520に入ると、可視波長はIR透過性ベゼル40によって吸収される。周辺光線600のIR部分は伝播を続けるが、スラブ導波路520の底面524から出て、フレーム上面472とスラブ導波路の底面の間のエアギャップ525を通過する。周辺光線600のうちのこのIR成分は、フレーム470のフレーム上面472の上の吸収層541によって吸収される。
それゆえ、図15Aの構成は、周辺光600が存在するときの感光素子200における光104の検出を改善し、周辺光が感光素子に到達するのを実質的に防止する。これは、屋外の直接周辺光600、特に日光の中で使用される可能性のあるタッチスクリーンシステム10にとって有利である。
図15Bは、図15Aと同様であり、タッチ感応ディスプレイ400が図15Aのそれより薄い構成である例示的実施形態を示す。図15Bの構成では、スラブ導波路520はフレームの上面472の上ではなく、フレーム470の側面476に隣接してある。この実施形態において、IR透過性ベゼル40はフレーム470の幅だけ広がっている。
図15Cは、図15Bと同様であり、感光素子200が上下逆さに面するように設置された例示的実施形態を示す。この構成では、透明シート10に関して、光が全内部反射によって感光素子200に向かって上昇するように構成されたスラブ導波路520に光104が入る。スラブ導波路520は、感光素子200を収容するように構成された棚部521を含む。この構成は、光検出素子200が周辺光500の一般的方向の反対に向く点で有利である。これによって、IR透過性ベゼル40が不要となる。
図15Dは、図15Cと同様であり、感光素子200が水平に関して検出角度ψで、スラブ導波路520の傾斜面527に隣接して設置される。例えば、「水平」は、スラブ導波路520の平坦な底面524によって画定される平面525に関して定義される。一例において、検出角度ψは0〜90度とすることができ、他の例では0〜135度とすることができる。周辺光600が感光素子200に入射しうる場合、IR透過性ベゼル40をスラブ導波路520と透明シート20の間に設置して、感光素子を覆うことができる。
複数タッチイベントの堅牢な検出
本発明のある態様は、複数タッチイベントの堅牢な検出方法を含む。堅牢なタッチイベント検出方法は、複数タッチイベントを扱うことができ、5つ以上等の比較的多い回数の同時タッチイベントに特に適したトモグラフィに基づくアルゴリズムを利用する。
本発明のある態様は、複数タッチイベントの堅牢な検出方法を含む。堅牢なタッチイベント検出方法は、複数タッチイベントを扱うことができ、5つ以上等の比較的多い回数の同時タッチイベントに特に適したトモグラフィに基づくアルゴリズムを利用する。
この方法は、上述のビーム中断方式と中心線交差点を使用するのではなく、透明シート20を像平面として扱うトモグラフィ方式を採用する。この項で開示されるタッチスクリーンシステムと方法の上述のものとの主な違いは、このシステムと方法が、電気検出信号SDを処理するためにFPGA、ASIC等の堅牢なプロセッサ302を有するタッチスクリーンシステムを利用している点と、複数タッチイベントTEを検出するためにより複雑なトモグラフィアルゴリズムの使用である。
複数タッチイベントTEの位置を発見するトモグラフィ方式の一例は、各感光素子に関連するそれぞれの直射線105に沿って伝播する光104の強度測定の実行に関連するステップを実行することを含み、その中には、上述のベースライン測定値を特定するステップが含まれる。
次いで、次のステップで、各感光素子200の強度測定値の集合を分析して、「ギャップ」、すなわち減衰量が減衰量閾値TAより大きい強度値を発見する。一般的なタッチイベントには、信頼できる検出を行うために、約1%の出力分解能が必要となる。光源素子102に関連するギャップの両端の座標とある感光素子200の座標が2つの限界直射線105を画定し、これが特定の感光素子と光源素子と三角形を形成する。一例において、その三角形内の各直射線105に関連する強度を保存して、後に加重平均(すなわち、質量中心)の計算を減衰値に基づいて実行できるようにし、これについては後述する。
図16Aは、図9と同様であり、限界直射線105−1を画定する、光ビーム104−1により形成される1つの例の三角形107が(より太線により)強調されている。図16Aのタッチスクリーンシステム10は、あくまでも例として、それぞれ左上と右上の角部の2つの感光素子200だけを有しており、これは破線で示される。
第一の感光素子200に関する測定強度をすべて処理した後に、三角形107の集合(list)が生成される。同様の三角形の集合が次の感光素子について生成される。図16Aの中には合計で7つの三角形107がある。
次に、第一と第二の感光素子に関する三角形107間にありうる重複のすべてを調べる。その結果としての重複する三角形は四辺形の集合を画定し、これらは、図16に示されるとおり、タッチイベントTE1、TE2、TE3、TE4を画定しうる多角形111となる。このプロセスを次の感光素子200について繰り返し、その三角形107の集合とそれまでに発生された多角形111との重複を調べる。このプロセスをすべての感光素子200について繰り返す。
タッチを画定しうる多角形111の集合が生成されると、各多角形111に関連する強度減衰(すなわち、電気検出信号SDの強度)を判定する。多角形111の数が比較的少ない(例えば、10〜20)ため、減衰が均一であると仮定して、n×mの式を解くことができ、nは多角形111の数、mは減衰量閾値TAを超える(すなわち、それより大きい)、すなわち三角形により画定される領域内の測定値の数である。図16Bを参照すると、これは3つの感光素子200を備える(ただし、タッチイベントTE1〜TE4の構成は同じである)タッチスクリーンシステムを表しており、残っているm個の多角形がタッチイベントTE1〜TE4を画定する。タッチイベントTEに関連しない多角形111が1つ残っていることに留意されたい。この多角形111は、擬似タッチイベントであるため、排除される。
この方法は、より数学的に説明できる。第一に、各感光素子102kに関して、連続する正規化強度測定値Miの集合又はアレイを調査し、Mi<TA(i1≦i≦i2)である間隔を見つける。光源素子102−i1と102−i2の座標と検出器102kの座標は三角形を形成する。
すべての感光素子200に関する三角形107の集合が完成すると、第一と第二の検出器の三角形107の公差点を判定し、2つの三角形の交差点が多角形111のうちの1つを作る。全多角形の集合を「世代2」と呼ぶ。
次に、世代2の多角形111の何れかと、第三の感光素子200からの三角形107の公差点を特定して、「世代3」の多角形111を作る。このプロセスを繰り返し、世代gまでの多角形111を取得し、gは感光素子200の数である。
次に、減衰量閾値T未満の各測定値Miに関して、下の方程式、
を解くが、式中、wijはある感光素子200からある光源素子102までの、多角形jを通過する直射線105の長さを表す。パラメータXjは、多角形jの単位長さあたりの減衰量である。
次に、上記の方程式(1)は多くの測定値について表現できるため、方程式の総数mは多角形111の数pを超える。それゆえ、式(1)は行列形式で次のように書くことができる。
両辺にWの転置、すなわち転置されたWTを乗じると、
が得られ、これによってXは、
のように表現できる。
行列(WTW)の次元はp×pである。ここで、各多角形111に関連する減衰量が方程式(4)を使って判定される。何れかの多角形の減衰量が減衰量閾値T未満(すなわち、それより低い)と、これはタッチイベントTEを表すものとしては排除される。次いで、残りの多角形111がタッチイベントTEを表すものと考えられる。
次に、残っている各多角形111に関する質量中心座標(x’,y’)(例えば、幾何学中心)が計算され、測定タッチイベント座標と考えられる。各多角形111の面積とそれに対応する減衰量の値がプロセッサ302に供給される。
一例において、ある多角形111の減衰量の値が一定である、例えばその多角形に関連する減衰量の値の平均であると仮定される。以下により詳しく説明する他の例では、減衰量の値はある多角形111に関連する減衰量の値の変化に基づく荷重平均又は質量中心である。
図17Aは、6つの感光素子200を有するタッチスクリーンシステム10の多角形111を示し、1つの小さな多角形111(点線の楕円)だけが擬似タッチを示す。図17Bは、図17Aと同様であり、図17Aの点線の楕円により明示される1つの小さな多角形111が、その減衰量の値が小さいことに基づいて排除されている。その結果として残っている多角形111はすべて、実際のタッチイベントTE1〜TE5の位置と密接に関連付けられる。
多角形結合SART方式
図18は、上述の例示的なタッチスクリーン構成のための光源素子102と感光素子200の集合により形成される直射線105により画定されるメッシュ111を示しており、これは4つの角部の感光素子200と、長辺に沿った80の光源素子102と、短辺に沿った46の光源素子と、を有する。縁辺26に沿って示されている寸法の対はミリメートルである。図18の拡大図を参照すると、メッシュ111は画素109を画定し、これらはメッシュにより画定される最小領域である。一例において、画素109は、透明シート20の上面22を選択されたタッチイベント分解能と同じかそれより小さい小領域に分割することによって画定される。画素109は、正方形又は丸形とすることができ、いくつかの例において、画素は重複していてもよい。
図18は、上述の例示的なタッチスクリーン構成のための光源素子102と感光素子200の集合により形成される直射線105により画定されるメッシュ111を示しており、これは4つの角部の感光素子200と、長辺に沿った80の光源素子102と、短辺に沿った46の光源素子と、を有する。縁辺26に沿って示されている寸法の対はミリメートルである。図18の拡大図を参照すると、メッシュ111は画素109を画定し、これらはメッシュにより画定される最小領域である。一例において、画素109は、透明シート20の上面22を選択されたタッチイベント分解能と同じかそれより小さい小領域に分割することによって画定される。画素109は、正方形又は丸形とすることができ、いくつかの例において、画素は重複していてもよい。
したがって、各多角形111は1つ以上の画素109を含み、各画素に関連する減衰量の値がある。
それゆえ、ある例示的な実施形態において、ある多角形111の中の画素109に関連する減衰量の値は同時代数的再構成法(SART)アルゴリズムを使って判定される。方法のこの態様において、画素109の小集合を使うことができ、それによって画素の集合全体についての全体SARTアルゴリズムを使用する場合よりはるかに迅速に解を得ることができる。
SARTアルゴリズムは以下の関係に基づく。
と表すことができ、式中、bi=−ln(Mi)であり、Miは測定された光強度、xjは画素jの単位減衰量、wijは測定iに寄与する重み(すなわち、画素面積の一部)である。これはまた、ある画素内部の線の長さとすることもできる。
(行列形式ではB−WXと表される)は、方程式(5)を満たす際の誤差を表す。SARTアルゴリズムは、ある画素に関するすべての方程式からの誤差の組み合わせに比例してxjの数値を調整する。適正な誤差の組み合わせは、係数wijによって決定される。最後に調整全体を、収束速度を決定する調節幅である係数λによって増減させる。λが大きすぎると、反復工程は発散する可能性がある。λが小さすぎると、収束までにより多くの反復が必要となる。
の関係を通じて極小化し、その一方で、行列関係WX≧Bによって与えられる制約を満たす。アルゴリズムの性質から、減衰量が非ゼロの画素109の数が測定の数(すなわち、方程式の数)を超えることはありえない。
であり、制約はWX≧Bである。
図19Aは、未処理の測定データに基づくSARTアルゴリズムによって判定された、透明シート20に関する多角形のコンピュータスクリーン画像である。図19Bは、図19Aと同様であり、この方法の結合多角形型の実施形態に関するSART結果を示す。
2ステップ測定プロセスによる照明干渉の低減
光源素子102のうちの1つからの光電流idの形態の検出信号SDと外部(すなわち、外光又は周囲光)光源からの干渉光電流ieを考えると、信号干渉を抑制する1つの方法は2回の測定を行うことである。第一の測定値は、光源素子102をオフにした光電流であり、平均干渉力を決定する。第二の測定値は、光源素子102をオンにしたものである。2つの測定値を差し引くと、測定値から外部光電流のDC干渉がキャンセルされる。しかしながら、干渉光は一般に、キャンセルできないランダムショットノイズ項を有する。それゆえ、補正された検出信号SDには部分的にノイズが混入するが、補正された検出信号は補正されていない検出信号より改善される(すなわち、SNRがよりよい)。
光源素子102のうちの1つからの光電流idの形態の検出信号SDと外部(すなわち、外光又は周囲光)光源からの干渉光電流ieを考えると、信号干渉を抑制する1つの方法は2回の測定を行うことである。第一の測定値は、光源素子102をオフにした光電流であり、平均干渉力を決定する。第二の測定値は、光源素子102をオンにしたものである。2つの測定値を差し引くと、測定値から外部光電流のDC干渉がキャンセルされる。しかしながら、干渉光は一般に、キャンセルできないランダムショットノイズ項を有する。それゆえ、補正された検出信号SDには部分的にノイズが混入するが、補正された検出信号は補正されていない検出信号より改善される(すなわち、SNRがよりよい)。
ゆっくりと変化する干渉物の場合、光源素子102をオフにしたときの測定期間を、長い時間定数でフィルタ処理し、ショットノイズの混入を抑制することができる。次いで、光源素子をオンにして得られた測定値は、干渉信号の平均を差し引くことによって補正できる。
急速に変化する干渉源の場合、2ステップ方式の一例を使用でき、これは光源素子102をオンにして光電流測定を行うステップと、次に、光源素子102をオフにして、同じ光電流測定を差し引くステップを含む。これは、上述のフィルタ方式と比較して、干渉パワーからのショットノイズの寄与を3dB悪化させるが、干渉変化を最も速く追跡できる。カスタム積分器を設計する場合、光源素子102をオンにしたときには上積分(integrate up)でき、光源素子をオフにしたときには、同じ時間だけ下積分(integrate down)できる。これは、2回の測定を行い、差し引くことと同等である。
での、関係するランダムショットノイズ電流を有し、式中、qは電子の素電荷であり、Δfは単位がHzの信号周波数帯域である。積分時間Δtでのスイッチ式積分器の有効ノイズ帯域は1/Δtである。キャパシタンスCに積分すると、周期の終了時に信号は
となる。
この開示の一例は、暗電流の2ステップ測定により干渉光電流の不利な影響を低減化又は排除することである。第一の測定ステップでは、干渉光電流ieを積分して、干渉信号からの電荷推定を生成し、すなわちieΔtとなり、ここで、
となる。
SNRに関する上記の方程式は、干渉光電流ieがその相応分の2倍(twice its fair−share)寄与していることを示し、これは2回積分が行われるからであるが、その一方で、所望の検出器光電流idは1回しか積分されない。SNRの改善は、干渉光電流ieをローパスフィルタで処理したものを差し引くこしによって実現できる。測定値とフィルタ処理した値の間の誤差にパラメータ的に依存する時間定数を有する非線形デジタルフィルタを利用できる。この戦略により、背景光の変化に迅速に対応でき、いくつかのサンプル周期後の測定値のばらつきが漸近的に除去される。背景推定のばらつきを排除することにより、電荷SNRは
となり、これはie>>idの場合の方程式1のそれより約3dB改善されている。
電流注入による干渉照明の低減化
図20は、電流注入を利用して干渉照明の不利な影響を軽減するように構成された電気回路700の概略図である。電気回路700はフォトダイオードの形態の感光素子200を含む。フォトダイオード200は前述のように、光104を受け取り、それに応答して光電流id+ieを生成する。フォトダイオードは、デジタル−アナログ変換器(DAC)720と並列に配置され、増幅器710を駆動する。増幅器710は、トランスインピーダンスアンプ又は積分増幅器とすることができる。
電流注入による干渉照明の低減化
図20は、電流注入を利用して干渉照明の不利な影響を軽減するように構成された電気回路700の概略図である。電気回路700はフォトダイオードの形態の感光素子200を含む。フォトダイオード200は前述のように、光104を受け取り、それに応答して光電流id+ieを生成する。フォトダイオードは、デジタル−アナログ変換器(DAC)720と並列に配置され、増幅器710を駆動する。増幅器710は、トランスインピーダンスアンプ又は積分増幅器とすることができる。
電気回路700のトランスインピーダンスアンプの構成が図20の中で破線の枠B1の中に示されており、フィードバック抵抗(トランスインピーダンス値)RFを画定するフィードバック抵抗器712を含む。トランスインピーダンスアンプの構成は、出力電圧Voutを調整して、2つの入力電圧をマッチさせる。正の入力がアースに接続されているため、回路は負の入力も強制的にゼロボルトにする。入力電流iin=idが流れると、出力電圧はフィードバック抵抗器712を通じて電流ix=idを引き込まなければならず、Voutは−RF・idと定義される。
電気回路700の関連部分のスイッチ式積分器の構成は、枠B2の中に示されており、枠B1の抵抗器712の代わりに、フィードバック容量CFを有し、リセットスイッチ716と並列に配置された容量部714が用いられる。リセットスイッチ716は、時間t=T0から時間t=T0+ΔTまで開く。光電流idは、
と定義される電圧Voutに変換される。
電気回路700のどちらの構成においても、増幅器710は入力電流iinに感応し、iinに比例する出力電圧Voutを生成する。
DAC720は、その入力端でプロセッサ302に接続され、その出力端で増幅器710の入力電流加算ノードに接続される。電流の極性は、それがダイオード光電流から差し引かれるような極性である。DAC720は、一定であるがプログラム可能な量の電流をフォトダイオード200から引き出し、それによって増幅器710が過負荷状態になるのを防止する。プロセッサ302は、DAC電流をサーボして、増幅器710を線形領域に保つソフトウェアを含む。これはいくつかの方法で実現できる。1つの方法は、光源素子102をオフにした状態で(すなわち、光104が光検出器200に当たらない)光電流を周期的に測定することに関する。
次に、ソフトウェアフィードバックループがフィードバック信号Voutを通じてDACの出力を調整し、ゼロの平均測定電流を提供する。ゼロ状態が達成されると、DACの出力は補償電流iccとなり、これは、一実施形態において、干渉照明に関連する干渉光電流ieを正確にキャンセルする。ソフトウェアフィードバックループは、システム10の動作条件の変化に基づいて補償電流を変化させ、例えば周辺光の増減によって、生成される干渉光が増減する。
一般に、何れかの条件下でのフォトダイオード200からの全光電流の推定は、DAC補償電流プラス増幅器の光電流と解釈できる。DAC720を使った光電流の最大部分を扱い、次に、増幅器710を使ってタッチイベントTEによる変動だけを測定することによって、システム10は、増幅器だけの場合に可能なものよりはるかに大きい光電流レベルに耐えることができる。DAC720を使用して補償電流Iccによって干渉光電流ieを正確にキャンセルするか否かに関係なく、DACの引き算と残留(干渉)光電流の測定の組み合わせにより、測定可能な光電流の範囲を拡張できる。
それゆえ、補償電流iccによる干渉光電流ieの無効化又は補償(又は縮小)は、第二の入力を増幅器710の加算ノードに追加することによって行うことができる。このノードの負の電流はDAC720によって供給され、これはプロセッサ302によってサーボされて、光源素子102がオフにされると(すなわち、光104が光検出器200に入射しない)、光電流の読取り値をゼロにする。この無効化は、熱ノイズ及び、キャンセル電流により導入されるショットノイズの両方を縮小化しながら実現できる。
それゆえ、本発明の例示的な方法は、光源素子102をオフにして感光素子200の1つで第一の光電流測定を行い、補償光電流を判定することによって、検出信号SDを生成するステップを含む。この方法は次に、光源素子102をオンにして、光検出素子200の同じ1つで第二の光電流測定を行うステップを含む。この方法は次に、第一の光電流測定値を第二の光電流測定値から差し引くステップを含む。
増幅器飽和の防止
干渉DC照明によるオフセットを単純に除去することに加えて、そのような照明による増幅器710の飽和を防止することが有益である。入力処理チャネルのゲインを低下させること、合成された負の光電流(synthetic negative photocurrent)により過剰な信号電流を無効化すること、又はシステムの積分時間を変更することによって、過負荷を防止できる。
干渉DC照明によるオフセットを単純に除去することに加えて、そのような照明による増幅器710の飽和を防止することが有益である。入力処理チャネルのゲインを低下させること、合成された負の光電流(synthetic negative photocurrent)により過剰な信号電流を無効化すること、又はシステムの積分時間を変更することによって、過負荷を防止できる。
ゲインリダクションは、トランスインピーダンスアンプの中で、トランスインピーダンス値RFを低下させることによって実行できる。しかしながら、これには、システムノイズを増大させるという欠点がある。通常は一定時間ΔTだけ積分するスイッチ式積分器の場合、積分容量部714のdV/dtは余剰の光電流と共に上昇するため、積分電圧は一定の積分時間中に線形範囲を越える。積分器のダイナミックレンジの過負荷を回避する1つの方法は、積分容量部をより頻繁に読み出し、リセットして、飽和を回避することである。積分をN個の、各々、時間ΔT/Nの短時間積分に分割すると、時間ΔTの総光電流は、N個の細分測定の各々の結果の合計と考えることができる。この方式では、複数のより短時間の測定値を合計することによって任意のベースライン電流を利用できる。
それゆえ、本発明の例示的な方法は、一定の合計時間ΔTにわたる積分された光電流測定を行うことによって、検出信号SDを生成するステップを含む。この方法はまた、一定の合計時間ΔTをN個の間隔に分割して、N個の細分測定値を判定するステップを含み、これは対応する時間間隔ΔT/Nを有する。この方法はさらに、N個の細分測定値を合計して1回の積分を模擬するステップと、次に、増幅器710の過負荷を回避するためにNを動的に選択するステップを含む。
ソフトウェアにおける差引による干渉照明の低減化
DAC720が過負荷時にクリーンに(cleanly)飽和すると、DACの出力を使って積分時間を適応的に設定できる。1回の測定値がDAC720のリニアレンジを越える場合は、測定値がリニアレンジ内に戻るまで、積分時間を連続するn回について1/(nT)に短縮することができる。
DAC720が過負荷時にクリーンに(cleanly)飽和すると、DACの出力を使って積分時間を適応的に設定できる。1回の測定値がDAC720のリニアレンジを越える場合は、測定値がリニアレンジ内に戻るまで、積分時間を連続するn回について1/(nT)に短縮することができる。
検出信号SDの所望のSNRを実現するために、n回の測定を行い、合計して、1測定サイクルを完成させる。次に、フィルタ処理されたDC干渉をデジタル式に差し引くと、干渉信号による不可避的なショットノイズを含む、補正後の検出信号SDだけが残る。
本明細書の実施形態を特定の態様と特徴に関して説明したが、当然のことながら、これらの実施形態は望ましい原理と用途の例に過ぎない。したがって、当然のことながら、例示的な実施形態には数多くの改変を加えてもよく、付属の特許請求の範囲の主旨と範囲から逸脱することなく、他の構成を導き出してもよい。
Claims (10)
- 周辺を有し、光源素子と感光素子が前記周辺に隣接して動作可能に設置されている透明シート上のタッチイベントの位置を特定する方法において、
a)前記感光素子を使って、前記光源素子からの光の強度値を測定するステップであって、前記光が前記光源素子と前記感光素子の間の直射線に沿って前記透明シートの内部を伝播するステップと、
b)各感光素子に関する限界直射線を、減衰量閾値と比較した前記強度値に基づいて判定するステップと
c)各感光素子に関する前記限定直射線により画定される三角形を重複させて、1つ以上の多角形を特定するステップと、
d)前記1つ以上の多角形の中心を判定して、前記タッチイベント位置を特定するステップと、
を含むことを特徴とする方法。 - 前記感光素子から、前記感光素子により検出された前記強度値を表すそれぞれの検出信号を生成するステップと、
前記検出信号を処理して、前記限界直射線を判定するステップと、
をさらに含むことを特徴とする、請求項1に記載の方法。 - 前記検出信号を生成するステップが、
前記光源素子がオフにされたときに、前記感光素子のうちの1つで第一の光電流測定を行うステップと、
前記光源素子がオンにされたときに、前記感光素子のうちの同じ1つで第二の光電流測定を行うステップと、
前記第一の光電流を前記第二の光電流から差し引くステップと、
を含むことを特徴とする、請求項2に記載の方法。 - 前記検出信号を生成するステップが、増幅器を有する電気回路で前記検出信号を処理するステップを含み、
前記方法が、
一定の総時間ΔTにわたり積分光電流測定を行うステップと、
前記一定の総時間ΔTをN個の間隔に細分して、それに対応する時間間隔ΔT/Nを有するN個の部分測定値を画定するステップと、
前記N個の部分測定値を加算して、1回の積分を模擬するステップと、
前記増幅器の過負荷を回避するために、Nを動的に選択するステップと、
をさらに含むことを特徴とする、請求項2に記載の方法。 - n個の感光素子があり、
前記感光素子のうちの第一の素子に関する第一の三角形の集合を判定するステップと、
前記感光素子のうちの第二の素子に関する第二の三角形の集合を判定するステップと、
前記第一と前記第二の三角形の集合から第一の多角形の集合を判定するステップと、
前記感光素子のうちの第三の素子に関する第三の三角形の集合を判定し、前記第三の三角形の集合と前記第一の多角形の集合の交差点を特定して、第二の多角形の集合を形成するステップと、
n番目の前記感光素子が動作d)で使用される最後の多角形の集合に到達するまで前述のステップを繰り返して、前記タッチイベントの位置を特定するステップと、
をさらに含むことを特徴とする、請求項1に記載の方法。 - 前記測定強度値が前記感光素子によって検出信号強度に変換され、
前記直射線に沿って伝播する光のベースライン測定値を特定するステップと、
前記ベースライン測定値に基づいて閾値検出信号強度を画定するステップと、
減衰した前記直射線に関連する前記検出信号強度を前記閾値信号強度と比較して、前記タッチイベントが発生したか否かを判定するステップと、
をさらに含むことを特徴とする、請求項1に記載の方法。 - 1つ以上のタッチイベントの位置を検出するタッチスクリーンシステムにおいて、
周辺と、前記1つ以上のタッチイベントがその上で発生する上面と、を持つ透明シートと、
光を発し、前記周辺に隣接して動作可能に設置されて、前記光を前記透明シートの中に結合し、全内部反射によってその中で伝播させる複数の光源素子と、
前記周辺に隣接して動作可能に設置され、前記感光素子からの前記光を検出し、それに応答して、検出された光強度を表す信号強度を有する検出信号を生成する複数の感光素子であって、前記1つ以上のタッチイベントにより、選択された前記感光素子に対応する前記直射線の少なくとも1つに沿って前記光強度が減衰する感光素子と、
前記光源素子と前記感光素子に動作可能に連結され、前記光源素子からの前記光の放出を制御し、前記検出信号を処理して、
I.各感光素子内の前記検出信号強度を減衰量閾値と比較し、所与の前記感光素子に関する前記減衰した直射線のうちの限界直射線によって画定される1つ以上の三角形を特定し、
II.前記1つ以上の三角形の少なくとも1つの交差点によって形成される少なくとも1つの多角形の位置を特定し、
III.前記少なくとも1つの多角形の中心を計算して、それに対応する1つ以上のタッチイベントの位置を定義する
ように構成されるコントローラと、
を含むことを特徴とするタッチスクリーンシステム。 - 前記コントローラが、前記タッチイベントの前記強度を前記検出信号強度と信号閾値との比較に基づいて判定するようにさらに構成されることを特徴とする、請求項7に記載のシステム。
- 前記透明シートが赤外(IR)光に対して実質的に透過性であり、前記光源から発せられる前記光がIR光を含み、前記感光素子が前記IR光を検出するように構成されることを特徴とする、請求項7に記載のシステム。
- 前記感光素子の各々に隣接して1つずつ設置されたバンドパスフィルタをさらに含み、前記バンドパスフィルタが各々、可視光と、前記光源素子により発せられる前記IR光と異なるIR波長を有するIR光に対して実質的に不透過性となるように構成されることを特徴とする、請求項7に記載のシステム。
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