JP4668897B2

JP4668897B2 - タッチスクリーン信号処理

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Publication number: JP4668897B2
Application number: JP2006502767A
Authority: JP
Inventors: デイビッドニュートン，ジョン
Original assignee: ネクストホールディングスリミティド
Priority date: 2003-02-14
Filing date: 2004-02-16
Publication date: 2011-04-13
Anticipated expiration: 2024-02-16
Also published as: KR20050111324A; EP1599789A4; CN1774692A; JP2006518076A; EP1599789A1; WO2004072843A1; AU2004211738B2; CA2515955A1; AU2004211738A1; CN100468303C; KR101035253B1; CA2515955C

Description

本発明は、タッチスクリーンに関し、特に、信号処理を使用することによって物体の存在を光学的に検出することに関する。

従来技術のタッチスクリーンは５つの主要な形態を取ることが可能である。タッチスクリーン入力装置のこの５つの形態は、抵抗膜方式、静電容量方式、表面弾性波（ＳＡＷ）方式、赤外線（ＩＲ）方式、および、光学式を含む。これらのタイプのタッチスクリーンの各々が、それ自体の特徴と利点と欠点とを有する。

抵抗膜方式は、最も一般的なタイプのタッチスクリーン技術である。この方式は、ハンドヘルドコンピュータとＰＤＡと家電製品とＰＯＳ用途とを含む多くのタッチスクリーン用途に見い出される低コストの解決策である。抵抗膜方式タッチスクリーンは、接触接続を生じさせるために、コントローラと、ディスプレイ表面上にオーバレイされた特別なコーティングガラスとを使用する。抵抗膜のオーバレイ膜の基本的なタイプは、４線式と、５線式と、８線式である。５線式技術と８線式技術は製造と較正とに関して非常に高コストであり、一方、４線式は画像鮮明度が劣る。一般的に、２つの選択肢、すなわち、研磨またはグレア防止が与えられる。研磨は画像の鮮明性を実現するが、グレアを生じさせることが一般的である。グレア防止はグレアを最小化するが、光をさらに拡散させ、それによって鮮明性を低下させる。抵抗膜方式のディスプレイを使用することの１つの利点は、この抵抗膜方式ディスプレイに（手袋を着用しているか、または、手袋を着用していない）指、ペン、針、または、硬い物体を用いてアクセスすることが可能であるということである。しかし、抵抗膜方式ディスプレイは、抵抗膜層に起因する画像鮮明性の劣化と、このフィルムに引っ掻き傷が付き易いこととを原因として、公共的な環境においては有効性が劣っている。こうしたトレードオフにも係わらず、抵抗膜方式スクリーンは、（より小さいスクリーンサイズにおける）その相対的に低い価格と、様々な入力手段（指、手袋、硬い針、軟らかい針）を使用可能であることにより、最も一般的に普及している技術である。

静電容量方式タッチスクリーンは全体がガラス製であり、および、ＡＴＭとこれに類似したキオスク（ｋｉｏｓｋ）タイプの用途において使用するように設計されている。小電流が、オーバレイに接触する人間の静電容量を測定するためにそのスクリーンの隅に配置されている回路とスクリーン全体にわたって流れる。このスクリーンに接触することがその電流を遮断し、キオスクを動作させるソフトウェアを起動させる。ガラスと、このガラスをディスプレイに装着するベゼルを密封することが可能なので、タッチスクリーンは水と埃と汚れとに対して耐久性がありかつ頑丈である。この理由から、一般的に、静電容量式タッチスクリーンは、ゲーム用ディスプレイ、自動販売用ディスプレイ、公共用キオスク、および、工業用途のようなより過酷な環境で使用される。しかし、静電容量方式タッチスクリーンは、人間の指の接触によってしか起動されず、手袋を着用した指、ペン、針、または、硬い物体では動作しない。したがって、医療および食品調製を含む多くの用途における使用には適していない。

表面弾性波（ＳＡＷ）技術は、純粋なガラス構造を使用するので、より優れた画像鮮明性を実現する。ＳＡＷタッチスクリーンは、ガラス製のディスプレイオーバレイを使用する。音波がこのディスプレイの表面全体にわたって伝送される。各々の音波が、そのオーバレイの縁部に沿ったリフレクタアレイから跳ね返ることによって、スクリーン全体にわたって拡散させられる。２つの受信器がこの音波を検出する。ユーザがガラス表面に接触すると、そのユーザの指が音波のエネルギーの一部分を吸収し、および、コントローラ回路系がその接触位置を測定する。ＳＡＷタッチスクリーン技術は、ＡＴＭ、遊園地、銀行業務用途、金融用途、および、キオスクで使用される。この技術は密封することが不可能であり、したがって、多くの工業用途または商業用途には適していない。抵抗膜方式および静電容量方式の技術と比較して、この表面弾性波技術は、優れた画像鮮明度と、分解能と、より高い光透過率とを提供する。

赤外線方式の技術はディスプレイスクリーンの前方の赤外光格子の遮断に基づいている。タッチフレームすなわちオプトマトリックス（ｏｐｔｏ−ｍａｔｒｉｘ）フレームは、赤外ＬＥＤとフォトトランジスタとの列とを含み、これらの赤外ＬＥＤとフォトトランジスタの各々は、目に見えない赤外光の格子を生じさせるために、互いに反対側の２つの側部に取り付けられている。このフレームアセンブリは、オプトエレクトロニクス素子が装着されているプリント配線基板で構成されており、赤外透過性ベゼルの背後に隠されている。このベゼルは、赤外ビームがそのベゼルを通過することを可能にしながら、動作環境からオプトエレクトロニクス素子をシールドする。赤外コントローラが、赤外光ビームの格子を生じさせるためにＬＥＤに連続的にパルス印加する。指のような針状物がこの格子の中に入ると、それは赤外光ビームを遮断する。１つまたは複数のフォトトランジスタが光の欠如を検出して、ｘ座標とｙ座標とを識別する信号を送る。赤外線方式タッチスクリーンは、完全に密封することが可能であり、かつ、様々な硬い物体または軟らかい物体を使用して操作することが可能なので、製造用途と医療用途において使用されることが多い。赤外線方式タッチスクリーンに関する主な問題点は、タッチフレームの配置（ｓｅａｔｉｎｇ）がそのスクリーンのわずかに上方であるということである。したがって、赤外式タッチスクリーンは、指または針がスクリーンに実際に接触する前に早期起動（ｅａｒｌｙａｃｔｉｖａｔｉｏｎ）を起こしやすい。さらに、赤外ベゼルを製造するコストが極めて高い。

タッチスクリーンのための光学イメージングは、接触箇所を検出するために、ラインスキャンカメラと、ディジタル信号処理と、前面照明または背面照明と、アルゴリズムとを使用する。撮像レンズは、ディスプレイの表面に沿って走査することによってユーザの指、針、または物体を撮像する。このタイプのタッチスクリーンは、移動する影と強い光とによって誤った読み取りを生じやすく、読み取りが行われる前にスクリーンが接触されることを必要とする。こうした欠点を克服する試みが行われてきた。光学撮像技術を使用するタッチスクリーンは、次の公報に開示されている。

ディジタル周辺光サンプリングを使用するタッチスクリーンが米国特許第４，９４３，８０６号明細書に開示されている。特にこの特許は、連続的に周辺光の測定値をサンプリングして記憶し、事前に採取された測定値に対してこれらの測定値を比較するタッチ入力装置を開示する。これは、強い光と影との影響を最小化するために行われる。

コンピュータシステムと組み合わせて使用するためのタッチスクリーンが米国特許第５，９１４，７０９号明細書に開示されている。特に、閾値調整処理を使用する、接触を感知できるユーザ入力装置が開示されている。光強度値が測定されて、「ＯＮ」閾値が設定され、この閾値の測定と調整は頻繁かつ周期的に行われる。

米国特許第５，３１７，１４０号明細書では、タッチスクリーンディスプレイ上の物体の位置と方向とを光学的に検出する方法を開示する。特に、タッチスクリーン全体にわたって平均的な光強度を生じさせるために、ディフューザが光源を覆って配置される。

米国特許第５，６９８，８４５号明細書では、商用交流電源の２倍の周波数に発光器のＯＮ／ＯＦＦ周波数を変調する光検出装置を使用するタッチスクリーンディスプレイを開示する。受光器が光の存在を検出し、伝送される実際の信号とこの光を比較する。

米国特許第４，７８２，３２８号明細書では、タッチスクリーンの上方の予め決められた高さに配置されている光検出器を使用し、ポインタがタッチスクリーンに近づくと、そのポインタから反射された周辺光またはそのポインタの陰影が付いた周辺光の光線が、そのポインタを検出することを可能にするタッチスクリーンを開示する。

米国特許第４，８６８，５５１号明細書では、ポインタによって反射された（反射若しくは拡散）光を検出することによってディスプレイの表面付近にあるポインタを検出することが可能なタッチスクリーンを開示する。

本発明の目的は、上述の欠点を克服し、または、有効な選択肢を公衆に少なくとも提供する、タッチスクリーンを提供することである。

概略的に述べると、本発明は、第１の側面において、
ユーザがスクリーン上で又はスクリーンを通じて画像を観察し、且つユーザが触れるスクリーンと、
上記スクリーンの１つ又は複数の縁部に配置されている光源であって、上記スクリーンの表面全体にわたって光を向ける光源と、
走査画像を含む出力を有し、且つ上記スクリーンの前面の空間を撮像するために上記スクリーンの周囲に各々が配置される少なくとも２つのカメラと、
光源からの直接光及び／又は上記光源からの反射光を含む光のレベルを検出するために上記出力を処理する手段と、
上記カメラの処理された出力を受け取るプロセッサであって、その処理された出力が上記スクリーン近傍の物体の存在を示すかどうかを判定するために、且つ物体が存在する場合には、上記物体の位置を測定するために、三角測量法と上記処理された出力を使用するプロセッサとを備えるタッチディスプレイにあると言うことができる。

上記処理された出力は、上記カメラを基準とした、推定された物体の位置の相対方位を示すことが好ましい。

上記処理された出力は、上記カメラのレンズの中心を基準とした、推定された物体の位置の相対方位を示すことが好ましい。

上記プロセッサは、平面スクリーン座標として上記物体の位置を測定することが好ましい。

上記光源は、上記スクリーンを通過させて光を投射するように上記スクリーンの背後に配置され、且つ上記タッチディスプレイは、光源を有する各々の縁部において、上記光源から放出された光を上記スクリーンの表面全体にわたって向ける光偏向器を上記スクリーンの前面に有することが好ましい。

上記カメラはラインスキャンカメラであり、上記カメラの出力は、走査されたラインに関する情報を含み、且つ上記プロセッサは、上記物体の位置の測定に上記情報を使用することが好ましい。

上記タッチディスプレイは、
上記カメラの撮像可能範囲内の周波数帯域を提供するように上記光源からの光を変調する手段と、
上記周波数帯域の範囲外の画像データを排除する手段とを含むことが好ましい。

上記出力を処理する手段は、上記周波数帯域の範囲外の画像データを排除する手段を含み、且つ上記周波数帯域の範囲外の画像データを排除する手段はフィルタリングを含むことが好ましい。

上記フィルタリングは、
くし形フィルタと、
ハイパスフィルタと、
ノッチフィルタと、
バンドパスフィルタから成るグループから選択されたフィルタを適用することが好ましい。

上記タッチディスプレイは、
上記光源を制御する手段と、
照明されていない周辺光状態と照明状態とにおいて撮像された画像を取得及び処理する手段とを含み、
上記出力を処理する手段は、光のレベルを検出する前に、上記照明状態から上記周辺光状態を減算することが好ましい。

上記光源はＬＥＤであり、および、上記タッチディスプレイは、上記光源の他のセクションから独立して上記光源のセクションの動作を制御する手段を含むことが好ましい。

上記光源のセクションの動作を制御する手段は、上記光源の実効輝度を独立して制御する手段を含むことが好ましい。

上記光源のセクションを制御する上記手段は、上記セクションを逆位相に配線し、ブリッジ駆動を使用して駆動することが好ましい。

上記光源のセクションを制御する上記手段は対角ブリッジ駆動（ｄｉａｇｏｎａｌｂｒｉｄｇｅｄｒｉｖｅ）を使用することが好ましい。

上記光源のセクションを制御する上記手段は、制御されるべき各セクションに対してシフトレジスタを使用することが好ましい。

画像を取得及び処理する上記手段は、上記光源のセクション及び上記各々のカメラを制御し、且つ上記出力を処理する手段は、上記セクションが照明されるか否かに関する情報を処理することが好ましい。

画像が撮られる時に、幾つかのセクションが照明され、かつ、他のセクションが照明されないことが好ましい。

概略的に述べると、本発明は、第２の側面において、
ユーザがスクリーン上で又はスクリーンを通じて画像を観察し、且つユーザが触れるスクリーンと、
上記スクリーンの１つ又は複数の縁部に配置されている光源であって、上記スクリーンの表面全体にわたって光を向ける光源と、
走査画像を含む出力を有し、上記スクリーンの周囲において、上記光源からの直接光を受けないように配置され、且つ上記スクリーンの前面の空間を撮像する、少なくとも２つのカメラと、
反射された光のレベルを検出するために上記出力を処理する手段と、
上記カメラの処理された出力を受け取るプロセッサであって、その処理された出力が上記スクリーン近傍の物体の存在を示すかどうかを判定するために、且つ物体が存在する場合には、上記物体の位置を測定するために、三角測量法と上記処理された出力を使用するプロセッサとを備えるタッチディスプレイにあると言うことができる。

上記光源はＬＥＤであり、上記タッチディスプレイは、上記光源の他のセクションから独立して上記光源のセクションの動作を制御する手段を含むことが好ましい。

上記光源のセクションを制御する手段は、上記セクションを逆位相に配線し、ブリッジ駆動を使用して駆動することが好ましい。

上記光源のセクションの動作を制御する手段は、対角ブリッジ駆動を使用することが好ましい。

上記光源のセクションを制御する手段は、制御される各セクションに対してシフトレジスタを使用することが好ましい。

画像を取得及び処理する手段は、上記光源のセクション及び上記各々のカメラを制御し、且つ上記出力を処理する手段は、上記セクションが照明されるか否かに関する情報を処理することが好ましい。

画像が撮られる時に、幾つかのセクションが照明され、且つ他のセクションが照明されないことが好ましい。

上記スクリーンは反射性であり、上記カメラはさらに上記スクリーンを撮像し、且つ上記出力を処理する手段は、鏡映画像からの光のレベルを検出することが好ましい。

上記処理された出力は、上記カメラを基準とした推定された物体の相対方位と、上記スクリーンからの上記物体の距離とを示すことが好ましい。

概略的に述べると、本発明は、第３の側面において、画像に関連してユーザ入力を受け取る方法にあり、この方法は、
ユーザがスクリーン上で又はスクリーンを通して画像を観察し、且つユーザが触れるスクリーンを設ける段階と、
上記スクリーンの１つ又は複数の縁部に配置されており、且つ上記スクリーンの表面全体にわたって光を向ける光源を設ける段階と、
走査画像を含む出力を有し、且つ上記スクリーンの前面の空間を撮像するように上記スクリーンの周囲に各々が配置される少なくとも２つのカメラを設ける段階と、
上記光源からの直接光及び／又は上記光源からの反射光を含む光のレベルを検出するために上記出力を処理する段階と、
上記物体の位置を測定するために三角測量法を使用して上記カメラの処理された出力を処理する段階とを含むと言うことができる。

上記処理された出力は、上記カメラを基準とした推定された物体の位置の相対方位を示すことが好ましい。

上記処理された出力は、上記カメラのレンズの中心を基準とした推定された物体の位置の相対方位を示すことが好ましい。

上記物体の位置は平面スクリーン座標で表されることが好ましい。

上記光源は、上記スクリーンを通過させて光を投射するように上記スクリーンの背後に配置され、且つ上記ディスプレイは、光源を有する各々の縁部において、上記光源から放出された光を上記スクリーンの表面全体にわたって向ける光偏向器を上記スクリーンの前面に有することが好ましい。

上記方法は、
上記カメラの撮像可能範囲内の周波数帯域を提供するように上記光源からの光を変調する段階と、
上記周波数帯域の範囲外の画像データを排除する段階とを含むことが好ましい。

上記出力を処理する段階は、上記周波数帯域の範囲外の画像データを排除する段階を含み、且つ上記周波数帯域の範囲外の画像データを排除する段階はフィルタリングを含むことが好ましい。

上記フィルタリングは、
くし形フィルタと、
ハイパスフィルタと、
ノッチフィルタと、
バンドパスフィルタから成るグループから選択されたフィルタを適用する段階を含むことが好ましい。

上記方法は、
上記光源を制御する段階と、
照明されていない周辺光状態と照明状態とにおいて撮像された画像を取得及び処理する段階とを含み、
上記出力を処理する段階は、光のレベルを検出する前に、上記照明状態から上記周囲光状態を減算することが好ましい。

上記光源のセクションの動作を制御する段階は、上記光源の実効輝度を独立して制御することが好ましい。

上記光源のセクションを制御する段階は、上記セクションを逆位相に配線し、ブリッジ駆動を使用して駆動することが好ましい。

上記光源のセクションを制御する段階は、対角ブリッジ駆動を使用することが好ましい。

上記光源のセクションを制御する段階は、制御される各セクションに対してシフトレジスタを使用することが好ましい。

上記画像を取得及び処理する段階は、上記光源のセクション及び上記各々のカメラを制御し、上記出力を処理する段階は、上記セクションが照明されるか否かに関する情報を処理することが好ましい。

概略的に述べると、本発明は、第４の側面において、画像に関連してユーザ入力を受け取る方法にあり、この方法は、
ユーザがスクリーン上で又はスクリーンを通じて画像を観察し、且つユーザが触れるスクリーンを設ける段階と、
上記スクリーンの１つまたは複数の縁部に配置されて、且つ上記スクリーンの表面全体にわたって光を向ける光源を設ける段階と、
走査画像を含む出力を有し、上記スクリーンの周囲において、上記光源からの直接光を受けないように配置され、且つ上記スクリーンの前面の空間を各々が撮像する、少なくとも２つのカメラを設ける段階と、
反射光のレベルを検出するために上記出力を処理する段階と、
上記処理された出力が上記スクリーン近傍の物体の存在を示すかどうかを判定するために、且つ物体が存在する場合には上記物体の位置を測定するために、三角測量法と上記処理された出力を使用して、上記カメラの上記処理された出力を処理する段階とを含むと言うことができる。

上記方法は、
上記カメラの撮像可能範囲内の周波数帯域を提供するように上記光源からの光を変調する手段と、
上記周波数帯域の範囲外の画像データを排除する手段とを含むことが好ましい。

上記出力を処理する手段は、上記周波数帯域の範囲外の画像データを排除する上記手段を含み、且つ上記周波数帯域の範囲外の画像データを排除する上記手段はフィルタリングを含むことが好ましい。

上記方法は、
上記光源を制御する手段と、
照明されていない周辺光状態と照明状態とにおいて撮像された画像を撮像および処理する手段とを含み、
上記出力を処理する手段は、光のレベルを検出する前に、上記照明状態から上記周辺光状態を減算することが好ましい。

上記光源はＬＥＤであり、且つ上記タッチディスプレイは、上記光源の他のセクションから独立して上記光源のセクションの動作を制御する手段を含むことが好ましい。

上記光源のセクションを制御する手段は、対角ブリッジ駆動を使用することが好ましい。

上記画像を取得及び処理する手段は、上記光源のセクション及び上記各々のカメラを制御し、且つ上記出力を処理する手段は、上記セクションが照明されるか否かに関する情報を処理することが好ましい。

上記スクリーンは反射性であり、さらに上記カメラは上記スクリーンを撮像し、且つ上記出力を処理する手段は、鏡映画像からの光のレベルを検出することが好ましい。

概略的に述べると、本発明は、第５の側面において、画像に関連してユーザ入力を受け取る方法にあり、この方法は、
上記画像全体にわたって光を向ける少なくとも１つの光源を上記画像の周囲または周囲付近に設ける段階と、
上記画像の周囲または周囲付近の少なくとも２つの位置において光のレベルを検出して、上記レベルを出力として提供する段階と、
上記出力が上記画像近傍の物体の存在を示すかどうかを判定するために、且つ物体が存在する場合には、上記物体の位置を測定するために、三角測量法を使用して上記出力を処理する段階とを含むと言うことができる。

上記位置は、物体が存在する時に上記出力が上記物体から反射された光を実質的に示すように、実質的に互いに反対側には位置していないことが好ましい。

したがって、概略的に述べると、本発明は、第６の側面において、画像に関連して物体の位置を検出するユーザ入力装置にあり、このユーザ入力装置は、
上記画像全体にわたって光を向ける、上記画像の周囲または周囲付近の少なくとも１つの光源と、
出力を有し、上記スクリーンの前面の空間を撮像するために上記画像近傍に配置され、且つ上記出力は光のレベルを示す少なくとも１つの検出器と、
上記出力を受け取り、三角測量法と上記出力とを使用し、物体の存在を判定し、且つ物体が存在する場合には上記物体の位置を測定するプロセッサを含むと言うことができる。

本発明の好ましい一実施形態を、添付図面を参照しながら以下で説明する。
本発明は、光学撮像タッチスクリーンの分野における信号処理の改善に関する。好ましい実施形態では、光学タッチスクリーンは前面照明を使用し、および、スクリーンと、一連の光源と、同一平面内且つスクリーンの周囲に配置されている少なくとも２つのエリアスキャンカメラとから構成されている。別の実施形態では、光学タッチスクリーンはバックライト照明を使用する。このスクリーンは、タッチスクリーンの背後に配置され、タッチパネルの表面全体へ向け直される光源アレイによって取り囲まれている。少なくとも２つのラインスキャンカメラがタッチスクリーンパネルと同一の平面内で使用される。これらの実現によって生じる信号処理の改善は、物体がタッチスクリーン表面の直ぐ近くに存在する時にその物体を感知することを可能とし、較正が容易であり、且つ物体の感知が、例えば移動する光や影のような変化する周辺光条件による悪影響を受けないということである。

一般的なタッチスクリーンシステム１のブロック図を図３に示す。情報が、カメラ６から、処理モジュール１０として一括して示されているビデオ処理ユニットおよびコンピュータへと流れる。この処理モジュール１０は、フィルタリングと、データサンプリングと、三角測量とを含む様々なタイプの計算を行い、および、照明光源４の変調を制御する。

前面照明タッチスクリーン
本発明のタッチスクリーンの好ましい実施形態が図１に示されている。このタッチスクリーンシステム１は、モニタ２と、タッチスクリーンパネル３と、少なくとも２つの光源４と、処理モジュール（図示されていない）と、少なくとも２つのエリアスキャンカメラ６とによって構成されている。ユーザに対して情報を表示するモニタ２は、タッチスクリーンパネル３の背後に配置されている。タッチスクリーンパネル３とモニタ２の下方には、エリアスキャンカメラ６と光源４とが配置されている。光源４は発光ダイオード（ＬＥＤ）であることが好ましいが、例えば蛍光灯のような別のタイプの光源であってもよい。ＬＥＤが固有のスイッチング周波数を持たないので、必要に応じて変調されるようにＬＥＤを使用することが理想的である。カメラ６とＬＥＤ４とがタッチパネル３と同一の平面内に存在する。

図１ａを参照すると、エリアスキャンカメラ６の視野６ａとＬＥＤ４の放射光路４ａとが同一平面内にあり、かつ、タッチパネル３に対して平行である。指として示されている物体７が放射光路４ａの中に入ると、この物体７が照明される。これは、前面パネル照明又は物体照明として一般的に知られている。図１ｂでは、この原理が再び図解されている。指７が放射野４ａの中に入ると、信号が反射されてカメラ６に戻される。このことが、指７がタッチパネル３の近傍にあるかタッチパネル３に接触していることを示す。指７が実際にタッチパネル３に接触しているかどうかを判定するためには、タッチパネル３の位置が確認されなければならない。これは、別の信号すなわち鏡映信号を使用して行われる。

鏡映信号
鏡映信号は、物体７がタッチパネル３に近づく時に発生する。タッチパネル３が、反射性を有するガラスで作られていることが好ましい。図２に示すように、指７がタッチパネル３の上方の距離８のところに位置しており、および、タッチパネル３内に７ａとして映し出されている。カメラ６（単にカメラレンズとして示されている）は指７とその鏡映画像７ａの両方を撮像する。指７の画像はパネル３内に反射された７ａである。この画像は、フィールドライン６ｂ、６ｃと仮想フィールドライン６ｄとを通して見ることが可能である。このことがカメラ６が指７の反射画像７ａを撮像することを可能にする。カメラ６で生成されたデータは、フィールドライン６ｅ、６ｂがカメラ６に入るため、フィールドライン６ｅ、６ｂの位置に対応する。その次に、このデータが解析のために処理モジュール１０に送り込まれる。

図２ａに、処理モジュール１０のセクションを示す。処理モジュール１０内には、一連の走査撮像装置１３と、一連のディジタルフィルタ１１と、ソフトウェアの形で実現されている一連の比較器１２とが存在する。例えば３０，０００ピクセルのような設定された数のピクセルがタッチパネル上に存在する。これらのピクセルを、３００個のピクセルで各列が構成されている１００個の列の形に分割してもよい。ピクセル数はここで使用されているピクセル数よりも多くても少なくてもよく、このピクセル数は例示のために使用されているに過ぎない。この状況では、３００個のピクセルで各列が構成されている１００個の列に分けられている、３０，０００個のディジタルフィルタ１１と比較器１２とが存在し、これはモニタ２上のピクセルのマトリックスと同様のマトリックスを形成する。１つの列が１つのイメージスキャナ１３と３つの組１４ａ、１４ｂ、１４ｃのディジタルフィルタ１１および比較器１２によって処理される形で、図２ａに示されており、この形では３つのピクセルから情報を読み取ることができる。このマトリックスのさらに詳細な例が図２ｂに示されている。８つのピクセル３ａ−３ｈが、列のグループとして、（処理モジュール１０の一部分としての）フィルタ１１と比較器１２とにさらに接続されているイメージスキャナ１３に接続されている。図２ｂで使用されているピクセル数は例示のためだけに使用されているにすぎず、正確なピクセル数はこれよりも多くても少なくてもよい。この図に示されているピクセルはパネル３においてこの形状を形成しなくてもよく、その形状は、使用されるカメラ６の位置とタイプとによって決定される。

再び図２を参照すると、指７と映し出された指７ａとが少なくとも２つのピクセルを作動させる。この２つのピクセルは説明を分かり易くするために使用される。このことが、処理モジュール１０の中に入るフィールドライン６ｅ、６ｂによって示されている。これがソフトウェアを起動し、その結果として、２つの信号がディジタルフィルタ１１と比較器１２とを通過し、したがって、ディジタル信号出力１２ａ−１２ｅを生じさせる。比較器１２は、予め決められた閾値に対して、フィルタ１１からの出力を比較する。当該ピクセルにおいて指７が検出される場合には、その出力は高であり、検出されない場合にはその出力は低となる。

鏡映信号も、カメラ６に対する指７の位置に関する情報を提供する。この情報は、パネル３の上方の指７の高さ８とその角度位置とを決定することが可能である。鏡映画像から集められた情報は、指７がパネル３に接触する必要なしに、パネル３に対して指７がどこに存在するかを判定するのに十分である。

図４と図４ａは、鏡映信号の処理から得られる位置情報を示す。この位置情報は極座標の形で与えられる。この位置情報は、パネル３の上方の指７の高さと指７の位置とに関係する。

再び図２を参照すると、パネル３の上方の指７の高さを出力１２ａ−１２ｅの間の距離として見ることが可能である。この例では、指７はパネル３の上方の高さ８にあり、出力１２ｂと出力１２ｅとが高信号を発生している。他の出力１２ａ、１２ｄは低信号を発生している。高出力１２ｂ、１２ｅの間の距離９は、パネル３の上方の指の実際高さ８の２倍の大きさであることが分かる。

変調
処理モジュール１０はＬＥＤ４を変調およびコリメートし、さらに、サンプリングレートを設定する。ＬＥＤ４は変調され、最も単純な実施形態では、ＬＥＤ４は予め決められた周波数でＯＮ／ＯＦＦスイッチングされる。例えば正弦波による変調のような他のタイプの変調も可能である。高周波数でＬＥＤ４を変調することが、変化する光と影とによって生じる他のあらゆる周波数よりも著しく大きい、（指７が感知される時の）周波数測定値を生じさせる。この変調周波数は５００Ｈｚより高く、かつ、１０ｋＨｚ未満である。

サンプリング
カメラ６は連続的に出力を発生し、この出力は、データおよび時間の制約のために処理モジュール１０によって周期的にサンプリングされる。好ましい実施形態では、サンプリングレートが変調周波数の少なくとも２倍である。このサンプリングレートはエリアシングを回避するために使用される。ＬＥＤの変調とサンプリング周波数とが同期化されることは必要ではない。

フィルタリング
図６に、走査撮像装置１３からの周波数ドメインにおける出力を示す。図６には、感知される物体が存在しない時を示すグラフ２１と、指が感知される時を示すグラフ２０という２つの典型的なグラフが示されている。両方のグラフには、約５Ｈｚから約２０Ｈｚの影２２の移動の領域と、約５０Ｈｚから約６０Ｈｚの交流電源周波数領域とがある。

好ましい実施形態では、視野内に物体が存在しない時には、エリアカメラに信号が送られず、したがって他のピークが出力中に存在しない。物体が視野内に存在する時には、例えば５００ＨｚのようなＬＥＤ変調周波数に相当する信号２４が存在する。低い方の不要な周波数２２、２３を様々な形態のフィルタによって除去することが可能である。フィルタのタイプは、くし形フィルタと、ハイパス高域フィルタと、ノッチフィルタと、バンドパスフィルタとを含むことができる。

図６ａでは、イメージスキャナからの出力が、信号２０に印加される１対の互いに異なるフィルタ応答２６、２７を伴って示されている。単純な具体例では、（５００Ｈｚの変調周波数を使用する場合に）５００Ｈｚのくし形フィルタ２６を実装できる。このくし形フィルタは最も低い方の周波数だけを除去するだろう。より高度な具体例は、バンドパスフィルタ２７またはノッチフィルタの使用を含む。この状況では、所望の周波数が予想される領域を除いて、データのすべてが除去される。図６ａでは、これが、５００Ｈｚの変調周波数を有する信号２０に適用される５００Ｈｚ狭帯域フィルタ２７として示されている。さらに、フィルタ２６、２７からのこれらの出力３０、３１が図６ｂに示されている。上方のグラフは、くし形フィルタ２６が使用される場合の出力３０を示し、一方、下方のグラフは、バンドパスフィルタ２７が使用される時の出力３１を示す。バンドパスフィルタ２７は、関心領域を残すと同時に、不要信号のすべてを除去する。

信号のフィルタリングが完了し、関心領域内の信号が識別された後に、その結果として得られた信号が、その信号をディジタル信号に変換するために比較器に送られ、および、物体の実際位置を求めるために三角測量が行われる。三角測量は従来技術で公知であり、米国特許第５，５３４，９１７号明細書と米国特許第４，７８２，３２８号明細書に開示されており、これらの特許は本明細書に参照として組み入れられている。

較正
本発明のタッチスクリーンの好ましい実施形態は、タッチスクリーンがあらゆる状況において使用され、新たな場所に移動させられることを可能にする、非常に迅速で容易な較正を使用し、例えば、このタッチスクリーンがラップトップ型として製造される。図５に示されているように、較正は３つの互いに異なる場所３１ａ、３１ｂ、３１ｃにおいてパネル３に接触することを含む。このことがタッチパネル３の接触面を規定する。この３つの接触点３１ａ、３１ｂ、３１ｃはタッチパネル３に関する接触面の位置と大きさとを計算するのに十分な情報を処理モジュール（図示されていない）に提供する。上述したように、接触点３１ａ、３１ｂ、３１ｃの各々は、所要のデータを生成するために、鏡映信号と直接信号の両方を使用する。この接触点３１ａ、３１ｂ、３１ｃはパネル３上で変化してよく、図示されている実際の位置である必要はない。

背面照明タッチスクリーン
図７は、本発明のタッチスクリーンの別の実施形態を示す。上記の好ましい実施形態のように、モニタ４０がタッチパネル４１の背後にあり、および、パネル４１の側部と下部縁部との周囲に光源アレイ４２がある。これらはユーザに向かって外方に向いており、拡散プレート４３によってパネル４１全体へ向けて方向を変えられている。光源アレイ４２は多数の発光ダイオード（ＬＥＤ）から成る。拡散プレート４３は、ＬＥＤ４２から放出される光をパネル４１全体へ向けて方向を変えて拡散させるために使用される。少なくとも２つのラインスキャンカメラ４４がパネル３の上部の２つの隅に配置されており、物体を撮像可能となっている。この代わりに、カメラ４４を、パネル４１の周囲の周りの任意の位置に配置することが可能である。タッチパネル４１の周囲の周りにはベゼル４５又は外枠がある。ベゼル４５は、光放射が外部環境に送られることを防ぐフレームとしての役割を果たす。ベゼル４５は光線をカメラ４４の中に反射し、したがって、タッチパネル４１の付近に物体がない時には、光信号が常にカメラ４４の中に読み込まれる。

代わりとして、光源アレイ４２を冷陰極管で置き換えてもよい。冷陰極管を使用する場合には、冷陰極管の外側チューブが光を拡散するので、拡散プレート４３は不要である。冷陰極管はパネル４１の１つの側部の全長に沿って延びる。このことが、パネル４１の表面全体にわたって実質的に均一な光強度を提供する。冷陰極管は、パネル４１の各側部の特定の長さに適合するように変更することが困難でありかつ高コストであるので、冷陰極管の使用は好ましくない。ＬＥＤの使用は、パネル４１のサイズと形状とにおけるより高い融通性をもたらす。

拡散プレート４３は、光源アレイ４２が多数のＬＥＤから成る時に使用される。拡散プレート４３は、ＬＥＤから放出された光を拡散し、この光をパネル４１の全体へ向けて方向を変えるために使用される。図７ａに示されているように、ＬＥＤ４２からの光４７はパネル４１に対して直交する光路で始まる。この光４７が拡散プレート４３に衝突すると、この光４７はパネル４１に対して平行に方向を変える。光４７は、パネル４１を照明するように、パネル４１の表面のわずかに上方を進む。光４７は、上述したように処理モジュール（図示されていない）によってコリメートされ、変調される。

図７ａを参照すると、ベゼル４５の幅４６を増減させることが可能である。ベゼル４５の幅４６を増大させることは、物体が感知されることが可能な距離を増大させる。同様に、逆のことがベゼル４５の幅１０を減少させることに当てはまる。

ラインスキャンカメラ４４はＣＣＤ素子とレンズとドライバ制御回路系とから成る。画像がカメラ４４によって撮られると、これに対応する出力信号が生成される。

図７ｂ及び図７ｃを参照すると、タッチスクリーンが使用されていない時に、すなわち、ユーザのインタラクションすなわち入力が無い時に、光源アレイ４２から放出される光のすべてがラインスキャンカメラ４４に送られる。ユーザの入力がある時には、すなわち、ユーザがスクリーン上の何かに自分の指で触れることによってそのスクリーン上の何かを選択する時には、カメラ４４に送られる光の一部分が遮断される。カメラ４４から出力されたデータに関して三角測量アルゴリズムを使用して計算することによって、その作動の場所を検出することが可能である。

ラインスキャンカメラ４４は、２つの光変数、すなわち、ＬＥＤ４２から送られた直接光と、反射光を読み取ることが可能である。直接光と反射光とを感知し読み取る方法は、上述した方法と同様であるが、ラインスキャンカメラがパネルから１度に１つの列だけしか読み取られず、且つエリアスキャンカメラを使用する場合のようにマトリックスの形に分割されないので、より一層容易である。このことが、パネル４１がセクション１４ａ−１４ｄ（ラインスキャンカメラが撮像可能なもの）に分割されている図７ｄに示されている。このプロセスのその他の部分は既に上述されている。この図に示されているピクセルはパネル４１においてこの形状を形成する必要はなく、その形状は、使用されるカメラ４４の位置とタイプとによって決定される。

別の実施形態では、ベゼルがタッチパネルを囲んでいるので、ラインスキャンカメラは、ＬＥＤから送られる変調された光を連続的に読み取る。この結果として、光路を遮断する物体が存在しない時には何時でも、変調された周波数が出力に存在していることになる。物体が光路を遮断する時には、出力に変調された周波数が存在しない。このことは、物体がタッチパネル近傍にあるかタッチパネルに接触しているということを示す。出力信号に存在する周波数は、上記の好ましい実施形態における周波数の２倍の高さ（２倍の振幅）である。これは、両方の信号（直接光の信号と反射光の信号）が同時に存在していることを原因とする。

図８に示されているさらに別の実施形態では、ＬＥＤがＯＮ／ＯＦＦ変調される時に、カメラからの出力がサンプリングされる。これは周辺光＋バックライトの測定値５０と、周辺光だけの測定値５１とを与える。物体がＬＥＤからの光を遮断する時には、出力５０に一時的低下５２がある。周辺光が大きく変動するので、この小さな一時的低下５２を発見することは困難である。このため、周辺光測定値５１は「周辺光＋バックライト」の測定値５０から減算される。このことが、一時的低下５２を発見することが可能な出力５３をもたらし、したがって、単純な閾値処理をこの一時的低下５２を識別するために使用することが可能である。

この別の実施形態の較正は、上述した方法と同様に行われるが、接触点３１ａ、３１ｂ、３１ｃ（図５を参照されたい）は同一の線内になく、これらはパネル３の表面に散らばらなければならない。

図７では、バックライトが幾つかの個別のセクション４２ａ−４２ｆに分割されている。１つのセクションまたはセクションのサブセットが常に作動する。これらのセクションの各々がイメージセンサ４４のピクセルのサブセットによって撮像される。単一のバックライト制御装置を有するシステムに比較して、バックライトエミッタは、より短い期間にわたって、より高い電流で動作させられる。エミッタの平均電力は制限されているので、ピーク輝度を増大させられる。ピーク輝度の増大は周辺光のパフォーマンスを改善する。

有利には、バックライトのスイッチングが、１つのセクションが照明されている最中に別のセクションの周辺光のレベルを信号プロセッサによって測定するように設定してもよい。周辺光セクションとバックライト照明セッションとを同時に測定することによって、単一のバックライトシステムよりも速度が改善される。

各セクションが、そのセクションを見るピクセルに関して一定不変の「信号対ノイズ＋周辺光比」（ｓｉｇｎａｌｔｏｎｏｉｓｅｐｌｕｓａｍｂｉｅｎｔｒａｔｉｏ）を維持しながら最小の平均電力を使用するように起動させられるので、バックライトの輝度は、ＬＥＤ電流またはパルス持続時間を制御することによって適応的に調整される。

最小数の制御ラインを用いた複数のセクションの制御が、幾つかの方法の中の１つによって実現される。

２セクションバックライトの第１の具体例では、ダイオードの２つのグループ４４ａ、４４ｂが、逆位相に配線され、ブリッジ駆動によって駆動される。

３つ以上のセクションを用いる第２の具体例では、対角ブリッジ駆動が使用される。図９ｂでは、４本の配線が１２個のセクションの中の１つのセクションを選択することが可能であり、５本の配線が２０個のセクションを駆動することが可能であり、６本の配線が３０個のセクションを駆動する。

図９ｃに示される第３の具体例では、多数のセクションのために、シフトレジスタ６０がバックライトの周囲に物理的に配され、２つの制御ラインだけしか必要とされない。

Ｘ−Ｙ多重化構成が当業で公知である。例えば、８＋４線が、３２個のＬＥＤを有する４デジットディスプレイを制御するために使用される。図９ｂは、１２個のＬＥＤを有する４線対角多重化構成を示す。制御ラインＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄが、ＭｉｃｒｏｃｈｉｐＰＩＣファミリーのようなマイクロプロセッサのピンにおいて一般的に使用されているような３値状態出力によって駆動される。各々の３値状態出力は、一般的にＭＯＳＦＥＴである２つの電子スイッチを有する。これらのスイッチのどちらかをＯＮにすることが可能であり、または、これらのスイッチの両方ともＯＮにしないことが可能である。ＬＥＤのＬ１ａを動作させるために、スイッチＡ１とスイッチＢ０だけを動作可能にする。Ｌ１Ｂを動作させるために、Ａ０とＢ１を動作可能にする。Ｌ２ａを動作させるために、Ａ１とＤ０を動作可能にする、等である。この構成は、任意の数の制御ラインに関して使用することが可能であるが、４、５、及び６線の制御ラインの場合に特に有利であり、この場合に１２個、２０個、及び３０個のＬＥＤを制御することが可能であり、一方、プリント回路基板のトラッキングは単純なままである。より多い制御数が使用される場合には、実際の相互接続の困難さを容易にするために、採用可能なＬＥＤの幾つかを割愛する、退歩した形態を使用することが有利であることがある。

この対角多重化システムは次の特徴を有する。
− ４線以上の制御ラインが存在する場合に有利である。
− 各制御ライン上に３値状態プッシュプルドライバを必要とする。
− 交差点においてＬＥＤと共に制御ラインのｘ−ｙ配置を使用するのではなく、この構成が、制御ラインの相互間の対角線の各々の上に配置されている１対の逆位相ＬＥＤを有する制御ラインの輪によって表される。各ＬＥＤを一意に選択することが可能であり、特定の組合せも選択することが可能である。
− 可能な限り少ない数の配線を使用する。
− ワイヤ上でＥＭＣフィルタリングが必要である場合には、構成要素が著しく節約される。

本発明の構造の様々な変更及び様々に異なる具体例と用途とが、添付されている特許請求の範囲に定義されている本発明の範囲から逸脱することなしに、本発明が関係する分野の専門家にとって明らかだろう。本明細書における開示内容と説明は純粋に例示的なものであり、限定するものであることは全く意図されていない。

本発明のタッチスクリーンの好ましい実施形態の概略正面図である。図１のＸ−Ｘにおける断面図である。本発明のタッチスクリーンの好ましい実施形態の前面照明の説明図である。本発明のタッチスクリーンの好ましい実施形態における反射効果の説明図である。本発明のタッチスクリーンの好ましい実施形態のフィルタの具体例のブロック図である。本発明の好ましい実施形態における、エリアカメラによって撮像されて処理モジュールに送られるピクセルの概略的な説明図である。本発明のタッチスクリーンの好ましい実施形態のシステムのブロック図である。本発明のタッチスクリーンの好ましい実施形態における、反射信号を使用する物体の位置の検出の側面図である。本発明のタッチスクリーンの好ましい実施形態における、反射信号を使用する物体の位置の検出の平面図である。本発明のタッチスクリーンの好ましい実施形態における、較正の説明図である。本発明のタッチスクリーンの好ましい実施形態における、処理モジュール内の撮像装置からの出力を周波数ドメインで表すグラフである。本発明のタッチスクリーンの好ましい実施形態における、撮像装置からの信号に対するフィルタ応答を周波数ドメインで表すグラフである。本発明のタッチスクリーンの好ましい実施形態における、２つのタイプのフィルタリングの後の、バックグラウンドからの物体の分離を周波数ドメインで表すグラフである。本発明のタッチスクリーンの別の実施形態の正面図である。本発明のタッチスクリーンの別の実施形態の図７のＸ−Ｘにおける断面図である。本発明のタッチスクリーンの別の実施形態の背面照明の説明図である。本発明の別の実施形態の検出高さ（ｓｅｎｓｅｈｅｉｇｈｔ）を制御する背面照明の説明図である。本発明の別の実施形態における、ラインスキャンカメラによって撮像されて処理モジュールに送られるピクセルの概略的な説明図である。本発明の別の実施形態における、バックグラウンドからの物体の簡単な分離を表すグラフである。本発明の２本の配線によって駆動される２セクションバックライトを示す。本発明の４本の配線によって駆動される１２セクションバックライトを示す。本発明の分散型シフトレジスタバックライトの一部分を示す。

符号の説明

１タッチスクリーンシステム
２モニタ
３タッチスクリーンパネル
４光源
４ａ放射経路
６エリアスキャンカメラ
７指
７ａ指の反射画像
１０処理モジュール
１１ディジタルフィルタ
１２比較器
１３走査型撮像装置

Claims

タッチディスプレイであって、
ユーザがスクリーン上で又はスクリーンを通じて画像を観察し、且つユーザが触れるように構成された該スクリーンと、
前記スクリーンの１つ又は複数の縁部に配置され、前記スクリーンの表面全体にわたって光を放射するように構成された複数の光源と、
前記光源からの光をカメラの撮像可能範囲内の周波数に変調する手段と、
各々が走査画像を表わすデータを含む出力を生成し、且つ各々が前記スクリーンの周囲に配置され前記スクリーンの表面の上方の空間を進む光および前記スクリーンの前記表面の上方の空間の鏡映画像を表わす前記スクリーンから反射された光を画像化するように位置する少なくとも２つのカメラと、
光のレベルを検出するために前記出力を処理する手段と、
前記光源からの前記光を変調するために使用される前記周波数の範囲外の画像データを排除する手段と、
前記カメラの処理された出力を受け取るように構成されたプロセッサであって、前記処理された出力が前記スクリーン近傍の物体の存在を示すかどうかを判定するために、且つ物体が存在する場合には、前記物体の位置を測定するために、三角測量法と前記処理された出力を使用し、前記位置は前記スクリーンの前記表面からの前記物体の距離を含むプロセッサと、
を備えることを特徴とするタッチディスプレイ。
前記位置は、前記カメラの少なくとも一方を基準とした、前記物体の相対方位を含む請求項１に記載のタッチディスプレイ。
前記相対方位は、前記カメラのレンズの中心を基準として測定される請求項２に記載のタッチディスプレイ。
前記プロセッサは、平面スクリーン座標として前記物体の位置を測定する請求項１〜３の何れか一項に記載のタッチディスプレイ。
前記光源は、前記スクリーンの背後に位置し、前記スクリーンを通過させて光を投射するように配置され、且つ光偏向器が前記スクリーンの前面に位置し、前記光源から放出された光を前記スクリーンの表面全体にわたって向けるように配置される、請求項１〜４の何れか一項に記載のタッチディスプレイ。
前記カメラはラインスキャンカメラであり、前記カメラの出力の各々はどのラインが走査されたかに関する情報を含み、且つ前記プロセッサは、前記物体の位置の測定に前記情報を使用する、請求項１〜５の何れか一項に記載のタッチディスプレイ。
前記周波数の範囲外の画像データを排除する手段はフィルタを含む、請求項１〜６の何れか一項に記載のタッチディスプレイ。
前記フィルタは、
くし形フィルタと、
ハイパスフィルタと、
ノッチフィルタと、
バンドパスフィルタから成るグループから選択される、請求項７に記載のタッチディスプレイ。
前記光源を制御して照明状態と照明されていない周辺光状態との間で切り換える手段をさらに含み、
前記カメラの前記出力は前記照明されていない周辺光状態において撮像された少なくとも１つの画像と前記照明状態において撮像された少なくとも１つの画像とを表わし、
前記出力を処理する手段は、光のレベルを検出する前に、前記照明状態から前記周辺光状態を減算する、請求項１〜８の何れか一項に記載のタッチディスプレイ。
タッチディスプレイであって、
ユーザがスクリーン上で又はスクリーンを通じて画像を観察し、且つユーザが触れる該スクリーンと、
前記スクリーンの前面の１つ又は複数の縁部に配置され、前記スクリーンの表面全体にわたって光を向ける光源と、
鏡影画像を含む出力を有し、前記スクリーンの周囲において、前記光源からの直接光を受けないように配置され、且つ前記スクリーンの前面の前記表面を各々が撮像する、少なくとも２つのカメラと、
反射された光のレベルと前記鏡映画像からの光のレベルを検出するために前記出力を処理するための手段と、
前記カメラの処理された出力を受け取るプロセッサであって、前記処理された出力が前記スクリーン近傍の物体の存在を示すかどうかを判定するために、且つ物体が存在する場合には、前記物体の位置を測定するために、三角測量法と前記処理された出力とを使用するプロセッサと、
を備えることを特徴とするタッチディスプレイ。
前記処理された出力は、前記カメラを基準とした推定された物体の位置の相対方位と、前記スクリーンからの前記物体の距離を示す、請求項１０に記載のタッチディスプレイ。
前記処理された出力は、前記カメラのレンズの中心を基準とした、推定された物体位置の相対方位を示す、請求項１０又は１１に記載のタッチディスプレイ。
前記処理された出力は、前記物体と前記推定された物体とが一致する時に前記物体が前記スクリーンに接触しているということを示す、請求項１０〜１２の何れか一項に記載のタッチディスプレイ。
前記プロセッサは、平面スクリーン座標として前記物体の位置を測定する、請求項１０〜１３の何れか一項に記載のタッチディスプレイ。
前記カメラはエリアスキャンカメラであり、前記カメラの出力は走査されたエリアに関する情報を含み、且つ前記プロセッサは前記物体の位置の測定に前記情報を使用する、請求項１０〜１４の何れか一項に記載のタッチディスプレイ。
前記光源からの光を前記カメラの撮像可能範囲内の周波数帯域を提供するように変調する手段と、
前記周波数帯域の範囲外の画像データを排除する手段とを含む、請求項１０〜１５の何れか一項に記載のタッチディスプレイ。
前記出力を処理する手段は、前記周波数帯域の範囲外の画像データを排除する手段を含み、且つ前記周波数帯域の範囲外の画像データを排除する手段はフィルタリングを含む、請求項１６に記載のタッチディスプレイ。
前記フィルタリングは、
くし形フィルタと、
ハイパスフィルタと、
ノッチフィルタと、
バンドパスフィルタから成るグループから選択されたフィルタを適用する、請求項１７に記載のタッチディスプレイ。
前記光源を制御する手段と、
照明されていない周辺光状態と照明状態とにおいて撮像された画像を取得及び処理する手段とを含み、
前記出力を処理する手段は、光のレベルを検出する前に、前記照明状態から前記周辺光状態を減算する、請求項１０〜１８の何れか一項に記載のタッチディスプレイ。
タッチディスプレイであって、
ユーザがスクリーン上で又はスクリーンを通じて画像を観察し、且つユーザが触れる該スクリーンと、
前記スクリーンの背後の１つ又は複数の縁部に配置され、且つ前記スクリーンの表面全体にわたって光を向ける光源と、
鏡映画像を含む出力を有し、且つ前記スクリーンの周囲に、前記光源からの直接光を受けないように配置され、前記スクリーンの前方の前記表面を各々が撮像する、少なくとも２つのカメラと、
反射された光のレベルと前記鏡映画像からの光のレベルとを検出するために前記出力を処理する手段と、
前記カメラの処理された出力を受け取るプロセッサであって、前記処理された出力が前記スクリーン近傍の物体の存在を示すかどうかを判定するために、且つ物体が存在する場合には、前記物体の位置を測定するために、三角測量法と前記処理された出力とを使用するプロセッサと、
を備えることを特徴とするタッチディスプレイ。
前記処理された出力は、前記カメラを基準とした推定された物体の位置の相対方位と、前記スクリーンからの前記物体の距離とを示す請求項２０に記載のタッチディスプレイ。
前記処理された出力は、前記カメラのレンズの中心を基準とした、推定された物体の位置の相対方位を示す請求項２０又は２１に記載のタッチディスプレイ。
前記処理された出力は、前記物体と前記推定された物体とが一致する時に前記物体が前記スクリーンに接触しているということを示す、請求項２０〜２２の何れか一項に記載のタッチディスプレイ。
前記プロセッサは、平面スクリーン座標として前記物体の位置を測定する、請求項２０〜２３の何れか一項に記載のタッチディスプレイ。
前記カメラはエリアスキャンカメラであり、前記カメラ出力は走査されたエリアに関する情報を含み、且つ前記プロセッサは前記物体の位置の測定に前記情報を使用する、請求項２０〜２４の何れか一項に記載のタッチディスプレイ。
前記光源は、前記スクリーンを通過させて光を投射するように前記スクリーンの背後に配置され、且つ前記ディスプレイは、光源を有する各々の縁部において、前記光源から放出された光を前記スクリーンの表面全体にわたって向ける光偏向器を前記スクリーンの前面に有する、請求項２０〜２５の何れか一項に記載のタッチディスプレイ。
前記光源からの光を前記カメラの撮像可能範囲内の周波数帯域を提供するように変調する手段と、
前記周波数帯域の範囲外の画像データを排除する手段とを含む、請求項２０〜２６の何れか一項に記載のタッチディスプレイ。
前記出力を処理する手段は、前記周波数帯域の範囲外の画像データを排除する手段を含み、且つ前記周波数帯域の範囲外の画像データを排除する手段はフィルタリングを含む、請求項２７に記載のタッチディスプレイ。
前記フィルタリングは、
くし形フィルタと、
ハイパスフィルタと、
ノッチフィルタと、
バンドパスフィルタから成るグループから選択されたフィルタを適用する、請求項２８に記載のタッチディスプレイ。
前記光源を制御する手段と、
照明されていない周辺光状態と照明状態とにおいて撮像された画像を取得及び処理する手段とを含み、
前記出力を処理する手段は、光のレベルを検出する前に、前記照明状態から前記周辺光状態を減算する、請求項２０〜２９の何れか一項に記載のタッチディスプレイ。
タッチディスプレイであって、
ユーザがスクリーン上で又はスクリーンを通じて画像を観察し、且つユーザが触れる該スクリーンと、
前記スクリーンの１つ又は複数の縁部に配置され、前記スクリーンの表面全体にわたって光を向ける光源と、
前記光源の他のセクションから独立して前記光源のセクションの動作を制御する手段と、
走査画像を含む出力を有し、且つ前記スクリーンの前面の空間を撮像するために前記スクリーンの周囲に各々が配置される、少なくとも２つのカメラと、
前記光源からの直接光及び／又は前記光源からの反射光を含む光のレベルを検出するために前記出力を処理する手段と、
前記カメラの処理された出力を受け取るプロセッサであって、前記処理された出力が前記スクリーン近傍の物体の存在を示すかどうかを判定するために、且つ物体が存在する場合には、前記物体の位置を測定するために、三角測量法と前記処理された出力とを使用するプロセッサと、
を備えることを特徴とするタッチディスプレイ。
前記処理された出力は、前記カメラを基準とした推定された物体の位置の相対方位と、前記スクリーンからの前記物体の距離とを示す請求項３１に記載のタッチディスプレイ。
前記処理された出力は、前記カメラのレンズの中心を基準とした、推定された物体の位置の相対方位を示す請求項３１又は３２に記載のタッチディスプレイ。
前記処理された出力は、前記物体と前記推定された物体とが一致する時に前記物体が前記スクリーンに接触しているということを示す、請求項３１〜３３の何れか一項に記載のタッチディスプレイ。
前記カメラはラインスキャンカメラであり、前記カメラの出力は走査されたラインに関する情報を含み、且つ前記プロセッサは、前記物体の位置の測定に前記情報を使用する、請求項３１〜３４の何れか一項に記載のタッチディスプレイ。
前記プロセッサは、平面スクリーン座標として前記物体の位置を測定する請求項３１〜３５の何れか一項に記載のタッチディスプレイ。
前記光源は、前記スクリーンを通過させて光を投射するように前記スクリーンの背後に配置され、且つ前記ディスプレイは、光源を有する各々の縁部において、前記光源から放出された光を前記スクリーンの表面全体にわたって向ける光偏向器を前記スクリーンの前面に有する、請求項３１〜３６の何れか一項に記載のタッチディスプレイ。
前記光源は発光ダイオード（ＬＥＤ）である請求項３１〜３７の何れか一項に記載のタッチディスプレイ。
前記光源のセクションの動作を制御する手段が、前記光源の実効輝度を独立して制御する手段を含む請求項３８に記載のタッチディスプレイ。
前記光源のセクションを制御する手段は、前記セクションを逆位相に配線し、ブリッジ駆動を使用して駆動する、請求項３８又は３９に記載のタッチディスプレイ。
前記光源のセクションを制御する前記手段は、対角ブリッジ駆動を使用する、請求項３８又は３９に記載のタッチディスプレイ。
前記光源のセクションを制御する手段は、制御される各セクションに対してシフトレジスタを使用する、請求項３８又は３９に記載のディスプレイ。
前記画像を取得及び処理する手段は、前記光源のセクション及び前記各々のカメラを制御し、且つ前記出力を処理する手段は、前記セクションが照明されるか否かに関する情報を処理する、請求項３８〜４２の何れか一項に記載のタッチディスプレイ。
画像が撮られる時に、幾つかのセクションが照明され、且つ他のセクションが照明されない、請求項４３に記載のタッチディスプレイ。
タッチ検出方法であって、
ユーザがスクリーン上で又はスクリーンを通じて画像を観察し、且つユーザが触れる該スクリーンを設ける段階と、
前記スクリーンの１つ又は複数の縁部に配置され前記スクリーンの表面全体にわたって光を放射するように構成された複数の光源を設ける段階と、
前記光源から放射された光をカメラの撮像可能範囲内の周波数に変調する段階と、
各々が走査画像を表わすデータを含む出力を生成し、且つ各々が前記スクリーンの周囲に配置され前記スクリーンの表面の上方の空間を進む光および前記スクリーンの前記表面の上方の空間の鏡映画像を表わす前記スクリーンから反射された光を画像化するように位置する少なくとも２つのカメラを設ける段階と、
光のレベルを検出するために前記出力を処理する段階と、
前記光源からの前記光を変調するために使用される前記周波数の範囲外の画像データを排除するために前記出力を処理する段階と、
前記物体の位置を取得するために、前記カメラの処理された出力を三角測量法を使用して処理する段階であって前記位置は前記スクリーンの前記表面からの前記物体の距離を含む段階と、
を含むことを特徴とする方法。
前記位置は、前記カメラの少なくとも一方を基準とした、前記物体の相対方位を含む請求項４５に記載のタッチ検出方法。
前記相対方位は、前記カメラのレンズの中心を基準として測定される請求項４６に記載のタッチ検出方法。
前記位置が平面スクリーン座標として決定される請求項４５〜４７の何れか一項に記載のタッチ検出方法。
前記光源は、前記スクリーンの背後に位置し、前記スクリーンを通過させて光を投射するように配置され、且つ光偏向器が前記スクリーンの前面に位置し、前記光源から放出された光を前記スクリーンの表面全体にわたって向けるように配置される、請求項４５〜４８の何れか一項に記載のタッチ検出方法。
前記カメラはラインスキャンカメラであり、前記カメラの出力の各々はどのラインが走査されたかに関する情報を含み、且つ前記プロセッサは、前記物体の位置の測定に前記情報を使用する、請求項４５〜４９の何れか一項に記載のタッチ検出方法。
前記周波数の範囲外の画像データを排除する段階はフィルタリングを含む、請求項４５〜５０の何れか一項に記載のタッチ検出方法。
前記フィルタリングは、
くし形フィルタと、
ハイパスフィルタと、
ノッチフィルタと、
バンドパスフィルタから成るグループから選択されたフィルタを適用する段階を含む、請求項５１に記載のタッチ検出方法。
前記光源を制御して照明状態と照明されていない周辺光状態との間で切り換える段階と、
照明されていない周辺光状態における少なくとも１つの画像と照明状態における少なくとも１つの画像とを取得及び処理する段階とを含み、
前記出力を処理する段階は、光のレベルを検出する前に、前記照明状態から前記照明されていない周辺光状態を減算することを含む、請求項４５〜５２の何れか一項に記載のタッチ検出方法。
画像に関連してユーザ入力を受け取る方法であって、
ユーザがスクリーン上で又はスクリーンを通じて画像を観察し、且つユーザが触れる該スクリーンを設ける段階と、
前記スクリーンの背後の１つ又は複数の縁部に配置され、且つ前記スクリーンの表面全体にわたって光を向ける光源を設ける段階と、
前記光源の他のセクションから独立して前記光源のセクションの動作を制御する段階と、
走査画像を含む出力を有し、且つ前記スクリーンの前面の空間を撮像するように前記スクリーンの周囲に各々が配置される、少なくとも２つのカメラを設ける段階と、
前記光源からの直接光及び／又は前記光源からの反射光を含む光のレベルを検出するために前記出力を処理する段階と、
前記物体の位置を取得するために、三角測量法を使用して前記カメラの処理された出力を処理する段階と、
を含むことを特徴とする方法。
前記処理された出力は、前記カメラを基準とした、推定された物体の位置の相対方位を示す請求項５４に記載の方法。
前記処理された出力は、前記カメラのレンズの中心を基準とした、推定された物体の位置の相対方位を示す請求項５４又は５５に記載の方法。
前記処理された出力は、前記物体と前記推定された物体とが一致する時に前記物体が前記スクリーンに接触しているということを示す、請求項５４〜５６の何れか一項に記載の方法。
前記カメラはラインスキャンカメラであり、前記カメラの出力は走査されたラインに関する情報を含み、且つ前記プロセッサは、前記物体の位置の測定に前記情報を使用する、請求項５４〜５７の何れか一項に記載の方法。
前記位置は平面スクリーン座標である請求項５４〜５８の何れか一項に記載の方法。
前記光源は、前記スクリーンを通過させて光を投射するように前記スクリーンの背後に配置され、且つ前記ディスプレイは、光源を有する各々の縁部において、前記光源から放出された光を前記スクリーンの表面全体にわたって向ける光偏向器を前記スクリーンの前面に有する、請求項５４〜５９の何れか一項に記載の方法。
前記光源はＬＥＤであり、且つ前記タッチディスプレイは、前記光源の他のセクションから独立して前記光源のセクションの動作を制御する段階を含む、請求項５４〜６０の何れか一項に記載の方法。
前記光源のセクションの動作を制御する段階は、前記光源の実効輝度を独立して制御する、請求項６１に記載の方法。
前記光源のセクションを制御する段階は、前記セクションを逆位相に配線し、ブリッジ駆動を使用して駆動する、含む請求項６１又は６２に記載の方法。
前記光源のセクションを制御する段階は、対角ブリッジ駆動を使用する、請求項６１又は６２に記載の方法。
前記光源のセクションを制御する段階は、制御される各セクションに対してシフトレジスタを使用する、請求項６１又は６２に記載の方法。
前記画像を取得及び処理する段階は、前記光源のセクション及び前記各々のカメラを制御し、且つ前記出力を処理する段階は、前記セクションが照明されるか否かに関する情報を処理する、請求項６１〜６５の何れか一項に記載の方法。
画像が撮られる時に、幾つかのセクションが照明され、且つ他のセクションが照明されない請求項６６に記載の方法。
画像に関連してユーザ入力を受け取る方法であって、
ユーザがスクリーン上で又はスクリーンを通じて画像を観察し、且つユーザが触れる該スクリーンを設ける段階と、
前記スクリーンの背後の１つ又は複数の縁部に配置され、前記スクリーンの表面全体にわたって光を向ける光源を設ける段階と、
鏡映画像を含む出力を有し、前記スクリーンの周囲に配置され、且つ前記光源からの直接光を受けないように配置され、前記スクリーンの前面の前記表面を各々が撮像する、少なくとも２つのカメラを設ける段階と、
反射された光のレベルと前記鏡映画像からの光のレベルを検出するために前記出力を処理する段階と、
前記処理された出力が前記スクリーン近傍の物体の存在を示すかどうかを判定するために、且つ物体が存在する場合には、前記物体の位置を測定するために、三角測量法と前記処理された出力とを使用して、前記カメラの処理された出力を処理する段階と、
を含むことを特徴とする方法。
前記処理された出力は、前記カメラを基準とした推定された物体の位置の相対方位と、前記スクリーンからの前記物体の距離とを示す請求項６８に記載の方法。
前記処理された出力は、前記カメラのレンズの中心を基準とした、推定された物体の位置の相対方位を示す請求項６８又は６９に記載の方法。
前記処理された出力は、前記物体と前記推定された物体とが一致する時に前記物体が前記スクリーンに接触しているということを示す、請求項６８〜７０の何れか一項に記載の方法。
前記プロセッサは、平面スクリーン座標として前記物体の位置を測定する、請求項６８〜７１の何れか一項に記載の方法。
前記カメラはエリアスキャンカメラであり、前記カメラの出力は走査されたエリアに関する情報を含み、且つ前記プロセッサは前記物体の位置の測定に前記情報を使用する、請求項６８〜７２の何れか一項に記載の方法。
前記光源は、前記スクリーンを通過させて光を投射するように前記スクリーンの背後に配置され、且つ前記ディスプレイは、光源を有する各々の縁部において、前記光源から放出された光を前記スクリーンの表面全体にわたって向ける光偏向器を前記スクリーンの前面に有する、請求項６８〜７３の何れか一項に記載の方法。
前記カメラの撮像可能範囲内の周波数帯域を提供するように前記光源からの光を変調する段階と、
前記周波数帯域の範囲外の画像データを排除する段階とをさらに含む請求項６８〜７４の何れか一項に記載の方法。
前記出力を処理する段階は、前記周波数帯域の範囲外の画像データを排除する段階を含み、且つ前記周波数帯域の範囲外の画像データを排除する段階はフィルタリングを含む、請求項７５に記載の方法。
前記フィルタリングは、
くし形フィルタと、
ハイパスフィルタと、
ノッチフィルタと、
バンドパスフィルタから成るグループから選択されたフィルタを適用する、請求項７６に記載の方法。
前記光源を制御する段階と、
照明されていない周辺光状態と照明状態とにおいて撮像された画像を取得及び処理する段階とをさらに含み、
前記出力を処理する段階において、光のレベルを検出する前に、前記照明状態から前記周辺光状態が減算される請求項６８〜７７の何れか一項に記載の方法。
画像に関連してユーザ入力を受け取るタッチ検出方法であって、
ユーザがスクリーン上で又はスクリーンを通じて画像を観察し、且つユーザが触れる該スクリーンの表面全体にわたって複数の光源からの光を向ける段階と、
前記複数の光源からの直接光を受けないように配置された少なくとも２つのカメラを用いて（ｉ）前記スクリーンの表面の上方の空間を進む光および（ii）前記スクリーンから反射された光を含む鏡映画像を画像化する段階と、
前記スクリーンの表面の上方の空間にある物体から反射された光のレベルと前記鏡映画像からの光のレベルを検出するために前記カメラの出力を処理する段階と、
三角測量法に基づいて、前記カメラの処理された出力から前記物体の位置を決定する段階と、
を含むことを特徴とする方法。
前記位置は、前記カメラの少なくとも一方を基準とした前記物体の相対方位と、前記鏡映画像からの光に基づいて決定された、前記スクリーンからの前記物体の距離の指示を含む請求項７９に記載のタッチ検出方法。
前記相対方位は、前記少なくとも１つのカメラのレンズの中心を基準としている請求項８０に記載の方法。
前記物体の位置を検出することは、前記物体と前記物体の反射とが一致する時に前記物体が前記スクリーンに接触していると判定することを含む、請求項７９〜８１の何れか一項に記載のタッチ検出方法。
前記物体の前記位置は、平面スクリーン座標を含む請求項７９〜８２の何れか一項に記載のタッチ検出方法。
前記カメラはエリアスキャンカメラを含み、前記カメラの各々の出力は走査されたエリアに関する情報を含み、前記物体の位置の決定に前記情報が使用される、請求項７９〜８３の何れか一項に記載のタッチ検出方法。
前記光源からの光を前記カメラの撮像可能範囲内の周波数帯域を提供するように変調する段階と、
前記周波数帯域の範囲外の画像データを排除する段階とをさらに含む、請求項７９〜８４の何れか一項に記載のタッチ検出方法。
前記周波数帯域の範囲外の画像データを排除する段階はフィルタリングを含む、請求項７９に記載のタッチ検出方法。
前記フィルタリングは、
くし形フィルタと、
ハイパスフィルタと、
ノッチフィルタと、
バンドパスフィルタから成るグループから選択されたフィルタを適用することを含む、請求項８６に記載のタッチ検出方法。
前記光源を制御して照明状態と照明されていない周辺光状態との間で切り換える段階と、
前記照明されていない周辺光状態における少なくとも１つの画像と前記照明状態における少なくとも１つの画像を取得及び処理する段階とをさらに含み、
前記出力を処理することは、光のレベルを検出する前に、前記照明状態から前記周辺光状態を減算することを含む、請求項７９〜８７の何れか一項に記載の方法。
前記プロセッサは前記物体の鏡映画像に基づいて前記スクリーンの前記表面からの前記物体の距離を決定するように構成される請求項１記載のタッチディスプレイ。
前記プロセッサは前記物体の像と前記物体の反射の像が一致するとき前記物体が前記スクリーンに接触したと判定するよう構成される請求項８９記載のタッチディスプレイ。