JP2015507294A - データ処理システムに情報を入力するためのデバイス - Google Patents

Abstract

本発明は、データ処理システムに情報を入力するためのデバイスに関する。データ処理システムに接続された位置敏感型光学センサ面（２）は、データ処理システムのディスプレイ面（１）の周囲に伸び、前記光学センサ面は、センサ面と、発光指示器から発せられた光ビームの断面（４）との交点の位置の検出に適する。ディスプレイ面と平行なライトカーテンがディスプレイ面（１）のユーザ側に延在し、センサ面（２）は、ライトカーテンの光検出器である。【選択図】図１

Description

本発明は、データ処理システムに情報を入力するためのデバイスに関する。

オーストリア特許第５０６，６１７Ｂ１号明細書及びオーストリア特許出願公開第５０７，２６７Ａ１号明細書はそれぞれ、光ビームの入射点の座標によって決まる電気信号を生成するセンサ領域を記載し、それを用いることにより、データ処理システムにとって前記座標が識別可能となる。センサ領域は、有機材料から作られた膜として実質的に具体化され、間隔を空けたピックアップ点からの電気信号をセンサ領域から読み出すことができ、互いに対するそれらの信号の相対的大きさは、信号をトリガする光ビームの入射点からのピックアップ点の距離によって決まる。２つの文献によれば、センサ領域は、データ処理システムのディスプレイ領域に付与することができ、ディスプレイ領域内の処理マーキングの位置は、データ処理システムを組み込んでいる場合に、発光ポインタ、一般的にレーザポインタを用いて決定することができる。オーストリア特許第５０６，６１７Ｂ１号明細書によれば、センサ領域は、二次元接続電極を有する光電領域から成る層によって形成され、その内の少なくとも１つの電極は、この電極における接続点によってピックアップされた電気信号が、二次元電極におけるオーム抵抗によって著しく減少されるように、それの電気回路において非常に高いオーム抵抗を有する。オーストリア特許出願公開第５０７，２６７Ａ１号明細書によれば、センサ領域は、発光導波路によって形成され、間隔を空けたピックアップ点は、小領域光電センサである。センサ領域上の光ビームの入射点から、光は、導波によって発光導波路中を伝搬し、光電センサにおいて測定された信号が入射点からのセンサの距離に依存するように、入射点からの距離と共に強度を失う。これら２つの文献によるプロセスでは、センサ領域をディスプレイ領域上に直接付与する必要があることは、その結果として、ディスプレイの品質が低下する場合があり、コストや経費が比例的にその領域に対応するので、不都合であると見なされることが多い。

国際公開第２０１０／１１８４５０Ａ１号パンフレットは、上述のタイプのセンサ領域をディスプレイ領域上に直接付与するのではなく、それらの周囲に付与することを提案し、センサ領域は、狭い、周囲を取り囲むストリップ形状を有し、ストリップの面は、ディスプレイ領域の面と平行に位置する。これに関して、ディスプレイ領域に入射する発光ビームの位置を複数の線によって形成される発光ビームの断面領域によって測定可能にすることがさらに提案され、この断面領域は、ディスプレイ領域上を少なくともセンサ領域による枠組みにまで延在する。それを用いて測定可能な発光ビームの断面領域の交点の位置を用いて、ディスプレイ領域上の発光ビームの断面中心の位置を逆に計算し、データ処理システムによって、この中心を処理マーキングに割り当てることができる。これを用いて、ディスプレイ領域自体がそのために敏感になる必要なく、上記の構成の利点が得られる。この場合のセンサのコストや経費は、ディスプレイ領域の周囲にのみ対応し、ディスプレイ領域自体の特性は、悪影響を受けない。

上記全てのセンサ原理に加えて、国際公開第２０１０／１２１２７９Ａ２号パンフレットは、ポインタ機器によって発せられる光ビームの光強度をパルスシーケンスに関して変動させ、特定のパルスシーケンス、すなわち一般的にスイッチオン及びスイッチオフ状態時の遷移は、文字コードが割り当てられることを提案する。これは、例えば字（ｌｅｔｔｅｒｓ）又は「ｅｎｔｅｒ」等の文字（ｃｈａｒａｃｔｅｒｓ）を、ポインタ機器を用いてセンサ領域に接続されたデータ処理システムにセンサ領域を介して入力することを可能にする。これは、データ処理システムの複数のポインタ機器を、異なる識別情報に関連するパルスパターンを「送信する」異なるポインタ機器により、はっきりと区別することも可能にする。

国際公開第２０１０／１１８４４９Ａ２号パンフレットでは、オーストリア特許第５０６，６１７Ｂ１号明細書及びオーストリア特許出願公開第５０７，２６７Ａ１号明細書の文献に記載されたセンサ原理をライトカーテンへの適用に関する二次元検出器に使用することが提案される。

本発明の根底にある目的は、国際公開第２０１０／１１８４５０Ａ１号パンフレット及び国際公開第２０１０／１２１２７９Ａ２号パンフレットから公知の、光学センサ領域（これらは、ディスプレイ領域の端部に配置され、発光ポインタによって発せられた光ビームの断面領域とその領域との交点の位置を検出可能である）を用いたデータ処理システムにデータを入力するための原理を、ディスプレイ領域もタッチセンサ式の入力領域の形で使用できるように、すなわち、ディスプレイ領域上の例えば指又はスタイラスの接触点の座標も検出できるように向上させることから成る。

この目的を達成するために提案されることは、ディスプレイ領域の前の、ディスプレイ領域に平行するライトカーテンの配置と、このライトカーテンからディスプレイ領域の周囲のセンサ領域上への導光とである。

本明細書の意味の範囲内で、ライトカーテンとは、光電バリアの原理が線状監視領域から二次元監視領域へと拡大された光学監視装置である。このようなライトカーテンがディスプレイ領域の前に、ディスプレイ領域と平行に配置されることによって、ディスプレイ領域に接触するどのような物体も必ずライトカーテンを妨げ、従って検出される。

本発明は、模式図に基づいて説明される。

図１は、本発明に従って装備されたディスプレイ領域の正面図を示す。 図２は、本発明によるディスプレイ領域の端部領域の３つの実施形態バージョンの横方向断面図を示し、ビューイング方向は、関連する端部の縦方向の広がりに対して平行である。 図３は、４つの更なる実施形態バージョンを示し、ケースａ）では、湾曲センサ領域が使用され、ケースｂ）では、センサ領域が透明材料から作られた物体上に位置する。

図１によれば、一般的にその上にデータ処理システムによって画像が生成されるモニタ領域である矩形ディスプレイ領域１は、４辺全てを光学位置敏感型センサ領域２によって囲まれている。センサ領域２は、間隔を空けたピックアップ点２．１を有し、ピックアップ点２．１において、強度がセンサ領域に対する光信号の入射によって決まる電気信号が生成され、データ処理システムに転送される。

４つの光源３がディスプレイ領域の外側の各コーナーに配置され、いずれの場合にも、光ビームがディスプレイ領域と平行に位置合わせされた状態でディスプレイ領域上に放射され、前記光ビームは、同様にディスプレイ領域と平行に位置合わせされた線状断面領域を有する。光源３によって発せられた光は、いずれの場合にも、ディスプレイ領域の反対側に位置するセンサ領域２の部分に入射する。例えばスタイラス又は指等の部分６がディスプレイ領域１に近づくと、この部分６は、光源３から発せられた光の一部を影にし、それがセンサ領域２に到達することを妨げる。各光源３の影領域３．１が、センサ領域２上に現れる。影領域の位置及び範囲並びに光源３の位置を知ることによって、影領域３．１及びそれぞれ関連する光源３間を結ぶ領域の交差領域として、ディスプレイ領域１上の部分６の位置及び外形を計算することが可能である。ディスプレイ領域上の部分６の中心は、いずれの場合にもそれぞれ関連する光源３から生じた影領域３．１の角の二等分線である少なくとも２つの線の交点として、より簡単に計算することができる。

図１では、一般的に線形オプティクスを備えたレーザポインタ等の発光ポインタ（ここでは不図示）によってディスプレイ領域の方向に送られた十字断面領域４が、点線を用いてディスプレイ領域の面に示されている。この光ビームの十字断面領域４は、複数の点でセンサ領域２に入射する。

従って、発光ポインタからの光ビームの断面領域４の一部及び光源３によって発せられた光ビームは共に、センサ領域２に入射する。発光ポインタからの光ビームは、ディスプレイ領域の法線周りの広い角度範囲からディスプレイ領域及びセンサ領域に入射し得る。光源３による光であふれた領域は、ディスプレイ領域に対して完全に平行又はほぼ完全に平行である。

図２は、光源３から来た光及び発光ポインタからの光ビームが共にセンサ領域に入射することを確実にできる方法を示す。光ビームの入射方向は、点で描かれた矢印によって表される。

図２の略図ａ）によるバージョンでは、センサ領域２は、ディスプレイ領域１に対して発光ポインタ側に向けて鋭角を成して傾斜され、ディスプレイ領域の面からの垂直距離がディスプレイ領域１からの距離が増加するにつれてセンサ領域上で増加する。この設計では、発光ポインタから来る光及び光源３から来てディスプレイ領域と平行に伝搬する光が共に、略図ｂ）及びｃ）によるバージョンに見られるような追加の半透明ミラー５を必要とすることなく、センサ領域２に入射できる。

図２によるバージョンｂ）及びｃ）では、センサ領域２は、ディスプレイ領域１に対して垂直又はそれに対して平行かつ同一平面上の領域を有して位置合わせされる。発光ポインタから来る光及び光源３から来る光が共にセンサ領域２に入射できるように、半透明ミラー５は、２つの光源の一方とセンサ領域２との間に、センサ領域に対して及びディスプレイ領域に対して鋭角を成して配置される。比較的幅広い半透明ミラー５の代わりに、より幅の狭い一般的なミラーを使用してもよく、これに隣接して、ｂ）及びｃ）に描かれ、直線で半透明ミラーを通過する光ビームがセンサ領域２に入射されるように単純に放射されてもよい。

センサ領域２は、光信号の入射だけではなく、センサ領域上の光信号の入射点の空間地図も検出する。ここで、当然ながら、「正の光信号」の入射点、すなわち、より高い光強度が周囲と比べて優勢である局所的に範囲を定められた点の座標のみならず、逆に、「負の光信号」の座標、すなわち、より低い光強度が周囲と比べて優勢である局所的に範囲を定められた点の座標も検出可能である。従って、センサ領域２は、発光ポインタからの光ビームの十字断面領域４に対するそれの交差領域の座標と、部分６によって光源３からの光から影になったそれの領域３．１の座標との両方を検出できる。

センサ領域の更なる有利な配置及び実施形態が図３に描かれている。従って、センサ領域２は、光ビーム４及び光ビーム３が共に、いずれの場合にも鋭角を成してセンサ領域の部分に入射できるように、図３ａ）にスケッチしたようなカーブ状実施形態を有し得る。この設計は、図２にスケッチした設計と比較して大幅な空間の節減をもたらすことができる。図３ｂ）では、センサ領域は、透明プラスチック又はガラスから作られ、光ビーム３からの光及び光ビーム４からの光の両方を全内部反射によってセンサ領域に導くボリュームのある物体７上に広がる。センサ領域への光ビーム３及び４からの入射光の透過の向上をもたらすために、発光粒子を物体７に加えてもよい。

当然ながら、各々が光パルスに当たったか否かに関して通信し、空間分解能が画素グリッドの寸法と厳密に等しい多数の小領域光検出器を含む画素フィールドとしてセンサ領域２を具体化することが可能である。しかしながら、この実施形態は、非常に高価であるか、あるいは、非常に劣った空間分解能を有する。

最初に説明した原理に応じて、有機材料から作られ、間隔を空けたピックアップ点からの電気信号をそれから読み出すことができ、その信号の互いに対する相対的大きさは、信号をトリガする光ビームの入射点からのピックアップ点の距離によって決まり、データ処理システムを用いることによって、これらの信号の大きさからセンサ領域上の入射点を逆に計算可能であるような膜としてセンサ領域２を具体化する方がずっと良い。

それ自体が公知のこの点における第１の実施形態変形例によれば、センサ領域２は、二次元接続電極を有する光電領域から成る層によって形成されてもよく、少なくとも１つの接続電極は、この電極における接続点２．１によってピックアップされた電気信号が、信号が生成された点からの接続点の距離に応じて、二次元接続電極におけるオーム抵抗によって著しく減少されるように、それの電気回路において非常に高いオーム抵抗を有する。

特に有利で同様にそれ自体が公知のこの点における第２の実施形態変形例によれば、センサ領域２は、発光導波路によって形成され、間隔を空けたピックアップ点２．１は、小領域光電センサである。センサ領域２上の光ビームの入射点から、光は、導波によって発光導波路中を伝搬し、光電センサ２．１において測定された信号が入射点からのセンサの距離に依存するように、入射点からの距離と共に強度を失う。

両方の実施形態変形例において、光信号の入射点として区別され得る場所と比べてずっと少ない数のピックアップ点２．１を有することが可能である。さらに、必要とされる大領域実施形態では、設計は、上述の画素実施形態と比べてずっと安価である。画素設計に勝る更なる利点は、センサ領域のロバスト性、柔軟性、及び機械的自由度にある。

発光導波路を用いた実施形態変形例は、それが非常に高い時間分解能も可能にするので、つまり、個々の非常に短い光信号を正確に測定することもでき、それによって、光信号の強度を高変調周波数によって変化させ、センサ領域からの信号中のこの変調周波数を認識することも可能となるので、特に有利である。従って、他のセンサ原理と比較して改善された方法で光信号を符号化し、これらを干渉する周囲の光信号と区別することができる。

ある有利な実施形態では、一般的に、測定された信号に基づいて信号がどの光源３に由来するかを識別できるように（あるいはシャドーイング３．１の場合は見つからない）光強度のばらつきを特徴付けることによって、光源３から来る光が符号化される。例として、光源３は、特徴的（高）変調周波数でオン及びオフを切り替えることができる。しかしながら、例として、どの時点においても１つの光源のみが光るように、常に個々の光源３を順に、いずれの場合にも短期間個別にのみオンにし、その後再びオフにすることも可能である。どの光源３の「順番であるか」を知ることによって、データ処理システムは、その結果、シャドーイング３．１によって生成された信号を特定の光源３に割り当てることができる。論理分析を用いて、データ処理システムは、その結果、ディスプレイ領域上に同時に位置する複数のシャドーイング部分６を非常に良く区別及び位置特定することもできる。

発光ポインタからディスプレイ領域１、従ってセンサ領域２にも向けて発せられた光が符号化されることも有利である（上記の国際公開第２０１０／１２１２７９Ａ２号パンフレットからそれ自体が公知のように）。この符号化ステップは、いずれの場合にも、発光ポインタに関する識別情報を、例えばこの発光ポインタにのみ割り当てられた変調周波数の形で含むものとする。この識別情報の結果、発光ポインタを光源３と区別することができ、複数の発光ポインタを同時に使用することが可能で、必要であればデータ処理システムは、どの測定信号がどの発光ポインタに由来するかを「知っている」。しかしながら、発光ポインタによって発せられた光信号の光強度をさらに規定のパルスシーケンス（これらは、その速度により、人間の目では識別できない）で異ならせることも有利且つもちろん実現可能であり、字や他の文字がセンサ領域２を介して発光ポインタによってデータ処理システムに通信され得るように、特定のパルスシーケンスが文字コードに割り当てられる。さらに、発光ポインタによって発せられた光ビームの断面領域４の様々な線が異なるコードを有すると有利である。その結果、データ処理システムは、発光ポインタの回転位置を正確に識別することができ、従って、文字コンテンツをこの情報に割り当てることができる。その結果、特に、ポインタ機器を回転させることによって、ディスプレイ領域上での画像要素の回転を制御することができる。

更なる有利な実施形態は、発光ポインタによってセンサ領域で生じた電気信号の総合的強度の決定にある。発光ポインタをディスプレイ領域に向けて、又はそこから離れるように移動させると、その結果生じる電気信号は、光ビームの比較的大きな拡張によって変化し、従って、ディスプレイ領域からの発光ポインタの距離及びその距離の変化に関する情報を得ることができる。今度は、この情報をデータ処理システムに対する入力と見なすことができ、文字コンテンツを規定の変化に割り当てることができる。特に、その結果、ディスプレイ領域と発光ポインタとの距離を変化させることによって、ディスプレイ領域上の１つ又は複数の画像要素のサイズ変化を促すことができる。

従って、本発明による入力デバイスは、多数の、以前は達成されていない機能を、それ自体が同時に高価及び／又は複雑になることなく、同時に達成することができる。

本発明のある有利な発展例では、入力デバイスを使用している人によってディスプレイ領域１に向けて移動可能なシャドーイング部分６は、センサ領域２によって検出可能で、さらに、符号化（光源３及び発光ポインタに基づいて上述したような）によって少なくとも識別可能な、すなわち、複数のそのような部分６の中から一意的に認識可能な光を発する光源を含む。例として、シャドーイング部分６を用いて、部分６に関して測定された軌跡を色で描くデータ処理システムによって、ディスプレイ領域上に描く又は書くことができる。複数の異なるシャドーイング部分６の固有の識別性の結果として、例えば、常に、個別の部分６の軌跡を関連する個別の色で描くことができる。

更なる有利な発展例では、発光ポインタに基づいて上記で説明したようなシャドーイング部分６が、光強度の符号化されたばらつきによって選択可能な文字又は状態情報を「発する」こともでき、従って、これをデータ処理システムに通信できる。上述の例に加えて、これは、例えば、データ処理システムによってシャドーイング部分に割り当てられた書き込み色を切り替え可能にすることができる。

光源を含むシャドーイング部分６に、その部分がディスプレイ領域に当たっている時にのみ発光することを設定できるように、接点スイッチを備えると有利である。

本発明によって、今まではディスプレイの役割を果たすだけであったデータ処理システムの単純なディスプレイ領域を、これらのディスプレイ領域がデータ処理システムのグラフィック入力デバイスとしても役割を果たすことができ、これらが驚くほど多くの有用な機能を提供するにもかかわらず、費用効率が高く、便利で、且つ頑丈となり得るように性能を高めることができる。

本発明概念の範囲内で、光源３がいずれも単一の線状光ビーム（「二次元」光ビームの代わりに）を発し、ディスプレイ領域に近接し、且つディスプレイ領域に平行に位置する領域で光ビームが発せられる方向を旋回させることを可能にできる。例として、この旋回は、回転ミラーを用いて、又は周期的に移動されるミラーリング領域を用いて生じさせることができる。現在光ビームが光っている方向をデータ処理システムが常に「知っている」ように、旋回動作の制御は、データ処理システムにリンクされるものとする。従って、既にセンサ領域２から来る信号の時間分解能の結果として、データ処理システムは、シャドーイング部分が位置する光源３によって照らされた領域の角度セクタを識別できる。

光源３をユーザに対向するディスプレイ領域１の面側に直接取り付ける代わりに、これらをこの面の後ろに、又は完全に異なる場所に取り付け、光導波路及び／又はミラーを用いて、ユーザに対向するディスプレイ領域１の側に光を導くことも可能である。

同様に、ユーザとは反対側のディスプレイ領域１の側にセンサ領域及び／又はセンサ領域２を配置し、ミラーを用いてディスプレイ領域の面を通して光源３から光を導くこともできる。

最後に述べた２つのオプションは、特に露出したディスプレイ領域の場合に、特に敏感な部分を汚染や不適切な接触による損傷から保護する観点から有利な場合がある。

主にコンピュータゲームでの適用に特に有利な実施形態では、発光ポインタ、すなわちユーザの手の中に位置し、光ビームをディスプレイ領域１及びセンサ領域２に向けて発する機器は、慣性センサ、すなわち直線及び／又は回転加速度計を備え、その測定結果は、データ処理に送信される。従って、発光ポインタによって発せられた光ビームがセンサ領域に入射しない場合に、発光ポインタの動作に関する情報もデータ処理システムに通信され得る。発光ポインタがセンサ領域に入射する場合はいつでも、絶対位置データ（しかも位置変化に関するデータだけではない）を計算することもできる。

Claims (12)

1. データ処理システムに情報を入力するためのデバイスにおいて、位置敏感型光学センサ領域（２）と、発光ポインタによって発せられた光ビームの断面領域（４）との交点の位置の検出に適し、前記データ処理システムに接続された前記位置敏感型光学センサ領域（２）は、前記データ処理システムのディスプレイ領域（１）の周囲に延在し、
   前記ディスプレイ領域（１）と平行なライトカーテンがそれのユーザ側に延在し、そのライトカーテンの光検出器は、前記センサ領域（２）であることを特徴とするデバイス。
2. 請求項１に記載のデバイスにおいて、前記発光ポインタの前記光ビームの前記断面領域は、複数の線によって形成され、この断面領域の寸法は、前記ディスプレイ領域（１）及び前記センサ領域（２）を越えて延在することを特徴とするデバイス。
3. 請求項１又は２に記載のデバイスにおいて、前記センサ領域（２）は、そこから電気信号を読み取ることができる間隔を空けたピックアップ点（２．１）を含む有機材料から作られた膜であり、それらの信号の互いに対する相対的大きさは、個々の前記ピックアップ点（２．１）が前記センサ領域（２）において前記信号を生成する光信号の入射点からどれだけ遠いかによって決まることを特徴とするデバイス。
4. 請求項３に記載のデバイスにおいて、前記センサ領域２は、二次元接続電極を有する光電領域から成る層によって形成され、少なくとも１つの接続電極は、この電極における接続点（２．１）によってピックアップされた前記電気信号が、信号が生成された前記点からの前記接続点の距離に応じて、前記二次元接続電極におけるオーム抵抗によって著しく減少されるように、それの電気回路において非常に高い前記オーム抵抗を有することを特徴とするデバイス。
5. 請求項３に記載のデバイスにおいて、前記センサ領域（２）は、発光導波路によって形成され、前記間隔を空けたピックアップ点（２．１）は、小領域光電センサであることを特徴とするデバイス。
6. 請求項１乃至５の何れか１項に記載のデバイスにおいて、前記ライトカーテンの前記光は、異なる側から前記ユーザに対向する前記側において前記ディスプレイ領域（１）上で光る複数の光源（３）に由来することを特徴とするデバイス。
7. 請求項６に記載のデバイスにおいて、異なる光源（３）によって発せられた前記光は、好ましくは、前記それぞれの光源（３）に固有の前記発せられた光の強度のばらつきの周波数によって、前記それぞれの光源に対して個々に符号化されることを特徴とするデバイス。
8. 請求項１乃至７の何れか１項に記載のデバイスにおいて、前記発光ポインタから前記ディスプレイ領域（１）と、従って前記センサ領域（２）とに向けて発せられた前記光は、好ましくは、特徴的パルスシーケンスによって符号化されることを特徴とするデバイス。
9. 請求項１乃至８の何れか１項に記載のデバイスにおいて、それが前記ユーザによって前記ディスプレイ領域（１）に移動され得る部分（６）を含み、前記部分（６）は、部分的に前記センサ領域（２）からの前記光源（３）の光を影にし、前記部分（６）自体が前記センサ領域（２）によって検出可能な光を発することを特徴とするデバイス。
10. 請求項９に記載のデバイスにおいて、前記デバイスが複数の部分（６）を含み、異なる部分（６）が異なって符号化された光信号を発することを特徴とするデバイス。
11. 請求項６乃至１０の何れか１項に記載のデバイスにおいて、前記光源（３）は、いずれも単一の線状光ビームを発し、前記光ビームが発せられる前記方向が、前記ディスプレイ領域に近接し、且つ前記ディスプレイ領域に平行に位置する領域で旋回することを特徴とするデバイス。
12. 請求項１乃至１１の何れか１項に記載のデバイスにおいて、前記発光ポインタ、すなわちユーザの手の中に位置し、前記ディスプレイ領域（１）と、従って前記センサ領域（２）とに向けて光ビームを発する前記機器は、慣性センサ、すなわち直線及び／又は回転加速度計を備え、その測定結果は、前記データ処理に送信されることを特徴とするデバイス。

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