JP5593375B2 - マルチタッチ光学タッチ・パネルのための装置および方法(マルチタッチ光学タッチ・パネル) - Google Patents

マルチタッチ光学タッチ・パネルのための装置および方法(マルチタッチ光学タッチ・パネル) Download PDF

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Description

本明細書に記載された様々な実施形態は光学タッチ・パネルに関し、より具体的に言えば、マルチポイント光学(たとえば赤外線)タッチ・パネルに関する。
現在、抵抗技術、容量技術、弾性表面波(surface acoustical wave)(SAW)技術、赤外線(IR)技術などを含む、様々なタッチ・パネル技術が存在している。他のタッチ・パネル技術に比べ、IR技術には、たとえば良好な耐久性、信頼性、および密閉可能性、ならびに較正の不要など、多くの利点がある。
IRタッチ・パネル技術の場合、不可視の光格子をパネル表面上にわずかな距離だけ放射するために、赤外線エミッタ/コレクタ・ペアが使用される。ビームが中断された場合、コレクタでの信号消失が検出され、タッチ座標(たとえばX/Y直交座標)に変換される。IRタッチ・パネルは、タッチを決定する方法が電気的または機械的でなく光学的であるため、抵抗技術および容量技術などの技術ほど損傷に対して敏感でない。
従来の光学タッチ・パネルの構造は、参照により本明細書に組み込まれた米国特許第6597508号に開示されている。この米国特許に示されている図1は、従来の光学タッチ・パネルの構造を示す。光学タッチ・パネルは、矩形位置検出面の2本の隣辺に沿って配置構成された複数の発光素子(たとえばLED)と、矩形位置検出面の他の2辺に沿って配置構成された複数の受光素子(たとえば光トランジスタ)130を備え、結果として発光素子110はそれぞれの受光素子の向かい側に配置され、位置検出面は発光素子と受光素子との間に配置されることになる。しかしながら光学タッチ・パネルでは、発光素子および受光素子が位置検出面の4辺に沿って配置構成されなければならないため、素子間の配線接続を確立するにはかなりの時間を要する。したがって、光学タッチ・パネルは複雑であり、その組み立ては難解であり、サイズを縮小することは困難である。
従来の光学タッチ・パネルの他の構造は、台湾特許出願第96151662号に開示されている。
図1を参照すると、台湾特許出願第96151662号に示された光学タッチ・パネル101の構造の概略図が提供されている。光学タッチ・パネル101は、指定長さLおよび指定幅W(ここでLはWより長いかまたは等しくてよい)を伴う矩形位置検出面150と、複数の発光素子ペア(110a、110b)と、2つの反射体(たとえばミラー)120と、複数の受光素子ペア(130a、130b)とを備えることができる。各受光素子は、反射体120によって反射された光ビーム、または、反射なしに複数の発光素子ペアによって直接発光された光ビームを、受け取るように構成することが可能である。複数の発光素子ペア(110a、110b)は、発光ダイオード(LED)を含むことができる。複数の受光素子ペア(130a、130b)は、光トランジスタを含むことができる。
複数の発光素子ペア(110a、110b)は、縦(L)方向の矩形位置検出面150の第1の辺110に沿った様々なポイントに、ペアで配置構成することができる。より具体的に言えば、複数の発光素子ペア(110a、110b)が配置構成可能な第1の辺110に沿った、様々なポイント(たとえばポイント0、ポイント1、…ポイントL)が存在可能である。開始ポイントおよび終了ポイント(すなわち、第1の辺110の端部にあるポイント0およびポイントL)以外の、これら様々なポイントのそれぞれに、第1の発光素子(110a)および第2の発光素子(110b)をペアで配置構成可能である(開始ポイント(すなわちポイント0)に第2の発光素子(110b)が配置構成可能であり、終了ポイント(すなわちポイントL)に第1の発光素子(110a)が配置構成可能であることに留意されたい。)第1の発光素子(110a)は、第1の辺110に対する角度180−θで各発光素子ペア(110a、110b)の左側に配置可能であり、第2の発光素子(110b)は、第1の辺110に対する角度θで各発光素子ペア(110a、110b)の右側に配置可能である。第1の辺110に対する角度θは、角度βより大きいことが可能であり、これは矩形位置検出面150のx軸に対する矩形位置検出面150の対角線の角度とすることが可能である。台湾特許出願第96151662号の例示的実施形態によれば、角度θは45度とすることが可能であり、この場合、各発光素子ペア(110a、110b)の第1の発光素子(110a)と第2の発光素子(110b)との間の角度は90度である。
同様に、複数の受光素子ペア(130a、130b)は、縦(L)方向の矩形位置検出面150の第1の辺110と向かい合う第2の辺130に沿った様々なポイントに、ペアで配置構成することができる。より具体的に言えば、複数の受光素子ペア(130a、130b)が配置構成可能な第2の辺130に沿った、様々なポイント(たとえばポイント0、ポイント1、…ポイントL)が存在可能である。開始ポイントおよび終了ポイント(すなわち、第2の辺130の端部にあるポイント0およびポイントL)以外の、これら様々なポイントのそれぞれに、第1の受光素子(130a)および第2の受光素子(130b)をペアで配置構成可能である(開始ポイント(すなわちポイント0)に第2の受光素子(130b)が配置構成可能であり、終了ポイント(すなわちポイントL)に第1の受光素子(130a)が配置構成可能であることに留意されたい。)第1の受光素子(130a)は、第2の辺130に対する角度θ−180で各受光素子ペア(130a、130b)の左側に配置可能であり、第2の受光素子(130b)は、第2の辺130に対する角度−θで各受光素子ペア(130a、130b)の右側に配置可能である。第2の辺130に対する角度θは、角度βより大きいことが可能である。例示的実施形態によれば、角度θは45度とすることが可能であり、この場合、各受光素子ペア(130a、130b)の第1の受光素子(130a)と第2の受光素子(130b)との間の角度は90度である。
2つの反射体120は、複数の発光素子ペア(110a、110b)によって発光される光ビームを反射させるために、幅(W)方向の矩形位置検出面150の2つの向かい合う辺に沿って配置構成可能である。
図1に示された例示的実施形態によれば、L=23およびW=19が与えられた場合、ポイント0から4で第2の受光素子(130b)のそれぞれが、それぞれポイント19から23で第1の発光素子(110a)から発光された光ビームを受け取ることができる。さらに、ポイント19から23で第1の受光素子(130a)が、それぞれポイント0から4で第2の発光素子(110b)から発光された光ビームを受け取ることができる。こうした光ビームの伝送は、図1には明示的に示されていないが、それでもなお図1に示された光学タッチ・パネル101に対して可能であることに留意されたい。
制御回路(図示せず)は、位置検出面150をスキャンするために、発光素子ペア(110a、110b)に所定の順序で光ビームを発光させるように構成可能である。たとえば、発光素子ペア(110a、110b)が左から右へ順番に1つずつ光ビームを発光するか、または、複数の代替発光素子ペアが所与の時点で同時に光ビームを発光することができる。さらに制御回路は、複数の受光素子ペア(130a、130b)に、複数の発光素子ペア(110a、110b)から発光された光ビームを受け取らせるように構成可能である。したがって、位置検出面150上には、図1に示されるような格子パターンで光路が形成されることが可能である。
図1に示されるように、オブジェクトM(たとえばタッチ・ピンまたは指などのポインティング・デバイス)が位置検出面150上に配置された場合、オブジェクトMは、第1の発光素子(110a)のうちの1つによって発光され、反射体120のうちの1つによって反射された光ビーム140をブロックする。さらに、オブジェクトMは、他の第1の発光素子(110a)によって直接発光された光ビーム142をブロックする。
光ビーム140および光ビーム142のブロックにより、受光素子のうちの2つがこれらの光ビームを受け取らない。光ビームを受け取らない2つの受光素子は、それぞれ、矩形位置検出面150の第2の辺130の左端(すなわちポイント0)から、距離「m」および「n」だけ離れているものとすることができる。したがって、光ビームを受け取らない2つの受光素子のうちの一方は第2の辺130の「左部分に」あり、左端から「m」だけ離れたポイントに配置される場合があり、光ビームを受け取らない2つの受光素子のうちの他方は第2の辺130の「右部分に」あり、左端から「n」だけ離れたポイントに配置される場合がある。同様に、2つの受光素子に対応する2つの発光素子は、それぞれ、矩形位置検出面150の第1の辺110の左端(すなわちポイント0)から、距離「x」および「y」だけ離れているものとすることができる、2つのポイントに位置付けることができる。
したがって制御回路は、光ビーム140および光ビーム142のブロックにより、どの受光素子が光ビームを受け取れないかに基づいて、オブジェクトMのX/Y直交座標(A,B)を決定するように構成することができる。
オブジェクトMが2つより多くの光ビームをブロックする場合、検出された座標情報を平均化することによって、オブジェクトMの所期の中央位置を決定することができる。こうした平均化は、制御回路によって、または光学タッチ・パネル101に対して動作可能に結合された他のデバイスによって、完了可能である。
台湾特許出願第96151662号の例示的実施形態によれば、オブジェクトMが2つの光ビームをブロックするイベントで、位置検出面150上に配置されたオブジェクトMのX/Y直交座標を決定するために、制御回路は、位置検出面150を4つの領域I、II、III、およびIVに分割するように構成することができる。これらの4つの領域I、II、III、およびIVは、光ビームを受け取らない2つの受光素子のそれぞれが、複数の受光素子ペア(130a、130b)のうちの1つの、第1の受光素子130aまたは第2の受光素子130bのいずれであるかに基づくものとすることができる。位置検出面150の長さ「L」および幅「W」、ならびに、光ビームを受け取らない受光素子のうちの2つの位置が与えられることが可能であるため、幾何解析を通じて、4つの領域I、II、III、およびIVに対するオブジェクトMのX/Y直交座標(A,B)を決定するための数式を取得することができる。
前述の光学タッチ・パネル101に関する問題は、単一のポイントのみが検出されることである。たとえばユーザが、位置検出面150上の2つのポイント、MおよびMを同時にタッチした場合、制御回路はポイントMおよびMの実際のX/Y直交座標を決定することができない。ポイントMおよびMは、それぞれ光ビーム140、142、144、および146として、4つの光ビームをブロックする。こうしたケースでは、ブロックされた光ビーム140、142、144、および146に基づく前述の数式の計算を通じて、6つの潜在ポイント(すなわちM、M、M、M、M、M)が取得されることになる。したがって、たとえばポイント(MおよびM)または(MおよびM)などの、同じ4つの光ビームをブロックする他の2つのポイントの潜在的組み合わせが存在する。したがって制御回路は、光ビーム140、142、144、146などの光ビームのブロックによって、どの受光素子がスキャン・サイクル中に光ビームを受け取らないかに基づいて、ポイントMおよびMの実際のX/Y直交座標を決定することができない。ポイントMおよびMを除くこれらのポイントは実際のポイントではないため、ファントム(phantom)ポイントとして定義される。
しかしながら、より使い易いユーザ・インターフェース、および、人と、たとえば使い易いマルチポイント・タッチ・インターフェースまたはいわゆるマルチタッチ・インターフェースを提供するApple(R)のiPod(R) Touchなどの機械との間のより良い対話を、ユーザに提供するために、「マルチポイント」タッチを必要とする多くのアプリケーションが存在する。加えて、マルチポイント・タッチは非常に魅力的な技術であるが、「マルチポイント」タッチ技術に組み込まれているのは他のタッチ・パネルのみである。光学タッチ・パネルの技術分野では、「マルチポイント」タッチの機能は統合されていない。
米国特許第6597508号 台湾特許出願第96151662号 米国特許出願第US2009/0167724号
したがって、「マルチポイント」タッチの機能を光学タッチ・パネルに統合することが有利となる。
本発明の一態様は、指定長さおよび指定幅を伴う位置検出面を備える、マルチタッチ光学タッチ・パネルを開示する。さらに、マルチタッチ光学タッチ・パネルは、複数の光ビームを発光するように構成された複数の発光素子ペアの第1のセットを備えることが可能であり、この複数の発光素子ペアの第1のセットは、縦方向の位置検出面の第1の辺に沿った様々なポイントに、ペアで配置構成される。第1の発光素子は、第1の辺に対して角度180−θで各発光素子ペアの左側に配置構成可能であり、第2の発光素子は、第1の辺に対して角度θで各発光素子ペアの右側に配置構成可能である。
加えて、複数の発光素子の第2のセットは、第1の辺に対して90度で第1の辺に沿った当該様々なポイントに配置構成可能である。光学タッチ・パネルは、幅方向の位置検出面の2つの向かい合う辺に沿って配置構成された2つの反射体(たとえばミラー)を備えることが可能であり、反射体は、複数の発光素子ペアの第1のセットによって発光された複数の光ビームを反射するように構成される。
さらに、光学タッチ・パネルは、複数の発光素子ペアの第1のセットによって発光された複数の光ビームを受け取るように構成された、複数の受光素子ペアの第1のセットを備えることが可能であり、複数の受光素子ペアの第1のセットは、縦方向の第1の辺と向かい合う位置検出面の第2の辺に沿った様々なポイントに、ペアで配置構成される。第1の受光素子は、第2の辺に対して角度θ−180で各受光素子ペアの左側に配置構成され、第2の受光素子は、第2の辺に対して角度−θで各受光素子ペアの右側に配置構成される。
複数の受光素子の第2のセットは、複数の発光素子の第2のセットによって発光される複数の光ビームを受け取るために、第2の辺に対して−90度で第2の辺に沿った当該の様々なポイントに配置構成される。
光学タッチ・パネルは、複数の発光素子ペアの第1のセットおよび複数の発光素子の第2のセットに、位置検出面をスキャンするために所定の順序で複数の光ビームを発光させるように構成され、さらに、複数の受光素子ペアの第1のセットおよび複数の受光素子の第2のセットに複数の光ビームを受け取らせ、それによって位置検出面上に格子パターンで光路を形成するように構成される、制御回路を備えることが可能である。
マルチタッチ光学タッチ・パネルは、位置検出面上に配置されたオブジェクトを検出するように適合され、ここでオブジェクトが位置検出面上に配置された場合、複数の光ビームの少なくとも一部がオブジェクトによってブロックされ、それにより、複数の光ビームの一部が、複数の受光素子の第2のセットのうちの1つと、複数の受光素子ペアの第1のセットのうちの少なくとも1つの、第1または第2の受光素子のうちの少なくとも1つとに、達するのが妨げられる。
本発明の他の態様は、角度θiについて、オブジェクトによる光ビームのブロックによってスキャン・サイクル中に光ビームを受け取らないすべての受光素子と、矩形位置検出面の左端からの受光素子の距離とを検出することと、オブジェクトのすべての潜在位置を決定するために光ビームを受け取らないすべての受光素子のうちの任意の2つを選択し、オブジェクトの座標のセットを作成するためにオブジェクトのすべての潜在位置のタッチ座標を別々に計算することによって、すべての潜在的な組み合わせを取得することと、次のθiについて上記ステップを反復することと、すべてのθiについてすべての計算が完了した後、オブジェクトの実際の座標を取得するために異なる角度θiについて作成されたオブジェクトのすべての潜在位置の座標のすべてのセットから交点を取り出すこととを含む、マルチタッチ光学タッチ・パネルの位置検出面上に配置されたオブジェクトの実際の座標を決定する方法を開示する。
本発明の他の態様は、第1の発光素子が第1の辺に対して角度180−θで発光素子ペアの第1のセットのそれぞれの左側に配置構成され、第2の発光素子が第1の辺に対して角度θで発光素子ペアの第1のセットのそれぞれの右側に配置構成された、縦方向の位置検出面の第1の辺に沿った様々なポイントに、ペアでフレーム型回路基板の第1の表面上に複数の発光素子ペアの第1のセットを配置構成することと、第1の発光素子が第1の辺に対して角度180−θで発光素子ペアの第3のセットのそれぞれの左側に配置構成され、第2の発光素子が第1の辺に対して角度θで発光素子ペアの第3のセットのそれぞれの右側に配置構成された、縦方向の位置検出面の第1の辺に沿った様々なポイントに、ペアでフレーム型回路基板の第2の表面上に複数の発光素子ペアの第3のセットを配置構成することと、各発光素子が第1の辺に対して90度で第1の辺に沿った当該様々なポイントに配置構成された、フレーム型回路基板の第1の面上に複数の発光素子の第2のセットを配置構成することとを含み、角度θ、90度、および角度θの間に多重関係が存在しない、複数の発光素子ペアの第1のセットおよび第3のセット、ならびに複数の発光素子の第2のセットを、位置検出面の周辺を囲むフレーム型回路基板上に配置構成する方法を開示する。
次に本発明の諸実施形態について、添付の図面を参照しながら単なる例として説明する。
台湾特許出願第96151662号(および副本(counterpart)米国特許出願第US2009/0167724号)に示された光学タッチ・パネル101の構造を示す概略図である。 2ポイント・タッチの検出を提供するために、図1を改良することによって形成されるマルチタッチ光学タッチ・パネルの構造を示す概略図である。 図2の問題を解決する、マルチタッチ光学タッチ・パネルの構造を示す概略図である。 図2の問題を解決する、マルチタッチ光学タッチ・パネルの構造を示す概略図である。 本発明の一実施形態に従った、4ポイント・タッチを検出するために提供されたマルチタッチ光学タッチ・パネルの構造に関して、追加された複数の発光素子ペア(210c、210d)および対応する複数の受光素子ペア(230c、230d)の配置構成を示す概略図である。 本発明の4ポイント・タッチを検出するために提供されたマルチタッチ光学タッチ・パネルの構造に従った、複数の発光素子ペア(210a、210b)の配置構成を示す上面図である。 本発明の4ポイント・タッチを検出するために提供されたマルチタッチ光学タッチ・パネルの構造に従った、複数の発光素子ペア(210c、210d、210e)の配置構成を示す上面図である。 本発明の4ポイント・タッチを検出するために提供されたマルチタッチ光学タッチ・パネルの構造に従った、マルチタッチ光学タッチ・パネルを示す側面図である。 4ポイント・タッチを検出するために提供されたマルチタッチ光学タッチ・パネルの位置検出面上に配置された、オブジェクトまたはタッチの実際の座標を決定する流れ図である。
次に、様々な例示的実施形態について説明する。開示された諸実施形態は、単なる例示のためのものである。したがって当業者であれば、本開示の趣旨および範囲を逸脱することなく、本明細書で説明される様々な諸実施形態に対して多くの修正が実行可能であることを理解されよう。図面全体を通じて、同じ特徴は同じ参照番号で識別される。
図2を参照すると、2ポイント・タッチの検出を提供するために、図1を改良することによって形成されるマルチタッチ光学タッチ・パネルの構造を示す概略図が提供されている。図に例示されるように、図1に示されたそれぞれペアで配置構成可能な複数の発光素子ペア(110a、110b)および複数の受光素子ペア(130a、130b)に加えて、縦(L)方向の矩形位置検出面150の第1の辺110に沿った様々なポイント(たとえばポイント0、ポイント1、...ポイントL)、および第1の辺110と向かい合う第2の辺130に沿った様々なポイント(たとえばポイント0、ポイント1、...ポイントL)で、さらに複数の発光素子110cおよび複数の受光素子130が、それぞれ第1の辺110および第2の辺130に配置構成可能である。複数の発光素子110cは、第1の辺110に対して90度で、第1の辺110に沿った様々なポイント(たとえばポイント0、ポイント1、...ポイントL)に配置構成可能であり、複数の受光素子130cは、第2の辺130に対して角度(−90)で、第2の辺130に沿った様々なポイント(たとえばポイント0、ポイント1、...ポイントL)に配置構成可能である。
こうした状況では、図2に示されるように、図1に示された6つのポイント(すなわちM、M、M、M、M、M)のそれぞれが、スキャン・サイクル中に通過する3つの光ビームを有する。前述のケースのように、ユーザが位置検出面150上の2つのポイントMおよびMに同時にタッチした場合、それぞれ光ビーム140、142、144、および146として同じ4つの光ビームをブロックする、6つのポイント(すなわちM、M、M、M、M、M)から選択された他の組み合わせの2つのポイント、たとえば前述のポイント(MおよびM)または(MおよびM)が存在することになるが、ポイント5およびポイント6に配置された受光素子130cのみが、ポイント5およびポイント6に配置された発光素子110cのみによって発光された光ビームのブロックにより、スキャン・サイクル中に光ビームを受信できない。したがって制御回路は、発光素子110cによって発光された光ビームのブロックにより、どの受光素子130cがスキャン・サイクル中に光ビームを受け取ることができないかにさらに基づいて、オブジェクトMおよびMの実際のX/Y直交座標(A,B)を決定するように構成することができる。前述の位置検出面上の2ポイント・タッチを検出するためにのみ提供された特別なケースを考えてみると、本発明は、位置検出面150上の各ポイントがスキャン・サイクル中に通過する(n)の光ビームを有する場合、(n−1)のポイントに同時にタッチする(n−1)のオブジェクトの実際の座標を決定するように拡大することができる。
制御回路(図示せず)は、位置検出面150をスキャンするために発光素子(110a、110b、110c)に所定の順序で光ビームを発光させるため、ならびに、それぞれの発光素子と向かい合って配置された受光素子(130a、130b、130c)に、発光素子ペア(110a、110b、110c)から発光された光ビームを受け取らせるために、構成することができる。したがって、2つのタッチ・ポイントのX/Y直交座標を決定するために、位置検出面150上に格子パターンで光路を形成することができる。
次に図2を再度参照すると、ユーザが位置検出面150上の2つのポイントMおよびMを同時にタッチした場合、こうしたケースでは、両方のポイント、ポイント3に配置された発光素子110cによって発光される光ビームによって形成される同じ光路上に位置付けられる。制御回路は、MまたはMのどちらのオブジェクトが、ポイント3に配置された発光素子110cによって発光される光ビームをブロックするかを決定することができない。したがって、図2に示された光学タッチ・パネルの構造は、発光素子110cによって発光される光ビームによって形成される同じ光路上に「ファントム」ポイントが提示された場合、オブジェクト(またはタッチ)の実際のX/Y直交座標を決定することができない。同じ光路上に「ファントム」ポイントが提示される理由は、図1および図2に示された諸実施形態において、発光素子110cを配置構成するために使用される角度θ(90度)と、複数の発光素子ペア(110a、110b)を配置構成するために使用される角度θ(45度)との間に、多重関係が存在するためである。
図3および図4を参照すると、図2の問題を解決するマルチタッチ光学タッチ・パネルの構造を示す概略図が提供されている。図3に示されるように、複数の発光素子ペア(210a、210b)は、縦(L)方向の矩形位置検出面250の第1の辺に対してそれぞれ角度(180−θ)および角度θで、第1の辺に沿った様々なポイント(たとえばポイント0、ポイント1、...ポイント14)にペアで配置構成可能であり、複数の発光素子210eは、第1の辺(図2に示される)に対して角度θ(すなわち90度)で第1の辺に沿った様々なポイント(たとえばポイント0、ポイント1、...ポイント14)に配置構成可能である。同様に、複数の受光素子ペア(230a、230b)は、縦(L)方向の矩形位置検出面250の第2の辺に対してそれぞれ角度(θ−180)および角度(−θ)で、第1の辺に向かい合った第2の辺に沿った様々なポイント(たとえばポイント0、ポイント1、...ポイント14)にペアで配置構成可能であり、複数の受光素子230eは、第2の辺に対して角度−θ(すなわち−90度)で第2の辺に沿った様々なポイント(たとえばポイント0、ポイント1、...ポイント14)に配置構成可能である。
図3および図4に示された諸実施形態では、発光素子210eを配置構成するために使用される角度θ(90度)と、複数の発光素子ペア(210a、210b)を配置構成するために使用される角度θ(45度ではない)との間に、多重関係は存在しない。したがって、同じ光路上に「ファントム」ポイントが提示される問題は解決される。
前述の台湾特許出願第96151662号の例示的実施形態と同様に、図3に示された光学タッチ・パネルの位置検出面250上にオブジェクトMが配置された場合、オブジェクトMは2つの光ビームをブロックし、これによってこの2つの光ビームが発光素子と向かい合って配置された2つの受光素子に達するのが妨げられる。制御回路(図示せず)は、位置検出面250を4つの領域I、II、III、およびIVに分割するように構成可能である。これらの4つの領域I、II、III、およびIVは、光ビームを受け取らない2つの受光素子のそれぞれが、複数の受光素子ペア(230a、230b)のうちの1つの第1の受光素子230aまたは第2の受光素子230bのいずれであるかに基づくものとすることができる。
台湾特許出願第96151662号の例示的実施形態に開示されたように、角度θは45度にはならない。しかしながら、前述のように、オブジェクトMによるブロックによって光ビームを受け取らない2つの受光素子が存在する可能性があり、これら2つの受光素子は、長さ「L」および幅「W」を伴う位置検出面250の第2の辺の左端から、それぞれ距離「m」および「n」だけ離れた、2つのポイントに位置付けすることができる。位置検出面250のパラメータ(L、W、m、n、θ)および4つの領域I、II、III、およびIVを考慮すると、制御回路は、幾何解析を通じてオブジェクトMのX/Y直交座標(A,B)を計算するように構成可能である。こうした計算は、4つの数式を使用して実施可能であり、所与のケースで使用される数式は、オブジェクトMが4つの領域のいずれに位置付けられるかに依存する。X/Y直交座標(A,B)は、以下のように計算可能である。
スキャン・サイクル中に光ビームを受け取らない2つの受光素子が、どちらも第1の受光素子(230a)である場合、オブジェクトMは位置検出面250の領域I内に位置する。オブジェクトMが領域I内に位置する場合、X/Y直交座標(A,B)を決定するための数式は以下のとおりである。
Figure 0005593375
スキャン・サイクル中に光ビームを受け取らない2つの受光素子が、どちらも第2の受光素子(230b)である場合、オブジェクトMは位置検出面250の領域II内に位置する。オブジェクトMが領域II内に位置する場合、X/Y直交座標(A,B)を決定するための数式は以下のとおりである。
Figure 0005593375
スキャン・サイクル中に光ビームを受け取らない位置検出面250の第2の辺の左部分にある受光素子が第1の受光素子(230a)であり、光ビームを受け取らない位置検出面250の第2の辺の右部分にある受光素子が第2の受光素子(230b)である場合、オブジェクトMは位置検出面250の領域III内に位置する。オブジェクトMが領域III内に位置する場合、X/Y直交座標(A,B)を決定するための数式は以下のとおりである。
Figure 0005593375
スキャン・サイクル中に光ビームを受け取らない位置検出面250の第2の辺の左部分にある受光素子が第2の受光素子(230b)であり、光ビームを受け取らない位置検出面250の第2の辺の右部分にある受光素子が第1の受光素子(230a)である場合、オブジェクトMは位置検出面250の領域IV内に位置する。オブジェクトMが領域IV内に位置する場合、X/Y直交座標(A,B)を決定するための数式は以下のとおりである。
Figure 0005593375
「単一」オブジェクトMのX/Y直交座標(A,B)は、前述の計算によって固有に決定することができる。図3および図4は、2ポイント・タッチ用にのみ提供されるマルチタッチ光学タッチ・パネルの構造を示す概略図である。ユーザが、図3に示されるように位置検出面250上の2つのポイントに同時にタッチした場合、この2つのポイントは4つの光ビームをブロックすることになる。こうしたケースでは、ブロックされた光ビームに基づく前述のような数式の計算を通じて、6つの潜在ポイントが取得されることになる。
前述の規則に従って、位置検出面上の各ポイントがスキャン・サイクル中に通過する(n)の光ビームを有する場合、(n−1)のポイントに同時にタッチする(n−1)のオブジェクトの実際の座標が決定可能である。したがって、4ポイント・タッチを検出するために提供されるマルチタッチ光学タッチ・パネルの構造は、実際のタッチ・ポイントを抽出するためにブロックされた光ビームに基づいて前述の数式を計算することによって6つの潜在ポイント取得するため、および、4ポイント・タッチが必要な場合、オブジェクトまたはタッチの実際の座標を決定するために、図3および図4に示されたような位置検出面250上に追加の他の発光素子および対応する受光素子をさらに追加することによって作成可能である。図5は、4ポイント・タッチを検出するために提供されたマルチタッチ光学タッチ・パネルの構造に関して、位置検出面250上に追加された複数の発光素子ペア(210c、210d)および対応する複数の受光素子ペア(230c、230d)の配置構成を示す概略図である。以下に、複数の発光素子ペア(210a、210b、210c、210d)および複数の発光素子210e、または複数の受光素子ペア(230a、230b、230c、230d)および複数の受光素子230eを配置構成するための方法の詳細を、図6から図9を参照しながら説明する。
図5に示されるように、角度θではなく角度θを伴う、他の発光素子および対応する受光素子が、2ポイント・タッチを検出するために提供されたマルチタッチ光学タッチ・パネルの構造である図3および図4に示されるような位置検出面250上に追加されることを示す。追加された複数の発光素子ペア(210c、210d)は、縦(L)方向の矩形位置検出面250の第1の辺に対してそれぞれ角度(180−θ)および角度θで、第1の辺に沿った様々なポイント(たとえばポイント0、ポイント1、...ポイント14)にペアで配置構成可能である。同様に、対応する複数の複数の受光素子ペア(230c、230d)は、縦(L)方向の矩形位置検出面250の第2の辺に対してそれぞれ角度(θ−180)および角度(−θ)で、第1の辺に向かい合った第2の辺に沿った様々なポイント(たとえばポイント0、ポイント1、...ポイント14)にペアで配置構成可能である。図3および図4に示された諸実施形態では、角度θと、発光素子210eを配置構成するために使用される角度θ(90度)と、複数の発光素子ペア(210a、210b)を配置構成するために使用される角度θ(45度ではない)との間に、多重関係は存在しない。すなわち、角度θも45度ではない。したがって、同じ光路上に「ファントム」ポイントが提示されないことになる。こうした状況では、図3、図4、および図5を統合することによるマルチタッチ光学タッチ・パネルの構造を使用して、4つのポイントに同時にタッチする4つのオブジェクトを識別し、その実際の座標を決定することができる。決定の方法の詳細については、後に図9を参照しながら説明する。
図6、図7、および図8はそれぞれ、4ポイント・タッチを検出するために提供された本発明のマルチタッチ光学タッチ・パネルに従った、複数の発光素子ペア(210a、210b、210c、210d)および複数の発光素子210e、または複数の受光素子ペア(230a、230b、230c、230d)および複数の受光素子230eを配置構成する方法の、組み立て斜視図を示し、図6は複数の発光素子ペア(210a、210b)の配置構成を示す上面図であり、図7は複数の発光素子ペアおよび複数の発光素子(210c、210d、210e)の配置構成を示す上面図であり、図8はマルチタッチ光学タッチ・パネルのす側面図である。図8に示されるように、複数の受光素子ペア(210a、210b)および複数の受光素子ペア(210c、210d)は、それぞれ、位置検出面250の上面および底面上に配置構成可能である。複数の受光素子ペア、複数の発光素子、複数の受光素子ペアおよび複数の受光素子が、位置検出面250の周辺を囲むフレーム型回路基板310に取り付けられる。
図9は、4ポイント・タッチを検出するために提供されたマルチタッチ光学タッチ・パネルの位置検出面上に配置された、オブジェクトまたはタッチの実際の座標を決定する流れ図である。プロセスはステップ704で開始され、角度θiについて、パネルは、オブジェクト(タッチ)による光ビームのブロックによってスキャン・サイクル中に光ビームを受け取らないすべての受光素子と、矩形位置検出面の左端からの受光素子の距離とを検出する(図3に示されるように、光ビームを受け取らない2つの受光素子は、それぞれ矩形位置検出面の左端からの距離を「m」および「n」とすることが可能な2つのポイントに位置付けられる可能性がある)。パネルは、オブジェクトのすべての潜在位置を決定するために、光ビームを受け取らないすべての受光素子のうちの任意の2つを選択することによって、すべての潜在的組み合わせを取得し、4つの領域I、II、III、およびIVに関する4つの数式に基づいてオブジェクト(タッチ)の座標セットを作成するために、オブジェクトのすべての潜在位置のタッチ座標を別々に計算する(ステップ706)。ステップ708では、この距離およびオブジェクト(タッチ)の座標セットが格納される。その後、プロセスは、次のθiについて以前のステップを反復する(ステップ710)。例示的実施形態によれば、マルチタッチ光学タッチ・パネルは、4ポイント・タッチを検出するように設計され、パネル上の各ポイントは、スキャン・サイクル中に通過する5つの光ビームおよび3つの角度θiのみを必要とする。したがって、i=4の場合、プロセスはステップ712へと進み、オブジェクトの実際の座標を取得するために、異なる角度θiについて作成されたオブジェクトのすべての潜在位置のすべての座標セットから交点を取り出す。
本開示の範囲を逸脱することなく、様々な実施形態に対して様々な修正および再配置構成が実行可能である。たとえば、開示された本発明の例示的実施形態によれば、マルチタッチ光学タッチ・パネルは、4つを超えるポイント・タッチが必要な場合、実際のタッチ・ポイントを抽出してオブジェクトまたはタッチの実際の座標を決定するために、図3および図4に示されるように位置検出面250上に他の発光素子および対応する受光素子をさらに追加することによって、4つを超えるポイント・タッチを検出するように拡大することができる。したがって、当業者であれば、様々な実施形態の新規な教示および利点から実質的に逸脱することなく、マルチポイント・タッチに関する異なる構造を使用することが可能であることを理解されよう。
これらの実施形態の特徴および趣旨をより良く理解するために、図面を参照しながら、本明細書の様々な実施形態が例示されている。様々な実施形態は、本明細書に記載された特定の例示的実施形態に限定されるものではなく、それらの範囲を逸脱することなく様々な修正および再配置構成が可能であることを理解されよう。したがって、最も広範囲な説明を提供する詳細な説明が添付された以下の特許請求の範囲は、様々な実施形態の範囲を定義するのみならず、それらの真の趣旨および範囲内にあるすべての修正および変更をカバーするものであることが意図される。

Claims (7)

  1. 指定長さおよび指定幅を伴う位置検出面と、
    複数の光ビームを発光するように構成された複数の発光素子ペアの第1のセットであって、縦方向の前記位置検出面の第1の辺に沿った様々なポイントにペアで配置構成される、複数の発光素子ペアの第1のセットと、を備える、マルチタッチ光学タッチ・パネルであって、
    第1の発光素子は、前記第1の辺に対して角度180−θで各発光素子ペアの左側に配置構成可能であり、
    第2の発光素子は、前記第1の辺に対して角度θで各発光素子ペアの右側に配置構成可能であり、
    複数の発光素子の第2のセットは、前記第1の辺に対して90度で前記第1の辺に沿った前記様々なポイントに配置構成可能であり、
    前記幅方向の前記位置検出面の2つの向かい合う辺に沿って配置構成された2つの反射体であって、前記複数の発光素子ペアの前記第1のセットによって発光された前記複数の光ビームを反射するように構成される、反射体と、
    前記複数の発光素子ペアの前記第1のセットによって発光された前記複数の光ビームを受け取るように構成された、複数の受光素子ペアの第1のセットであって、縦方向の前記第1の辺と向かい合う前記位置検出面の第2の辺に沿った様々なポイントに、ペアで配置構成される、複数の受光素子ペアの第1のセットとを、さらに備え、
    第1の受光素子は、前記第2の辺に対して角度θ−180で各受光素子ペアの左側に配置構成され、
    第2の受光素子は、前記第2の辺に対して角度−θで各受光素子ペアの右側に配置構成され、
    複数の受光素子の第2のセットは、前記複数の発光素子の第2のセットによって発光される前記複数の光ビームを受け取るために、前記第2の辺に対して−90度で前記第2の辺に沿った前記様々なポイントに配置構成され、
    制御回路は、前記複数の発光素子ペアの第1のセットおよび前記複数の発光素子の第2のセットに、前記位置検出面をスキャンするために所定の順序で前記複数の光ビームを発光させるように構成され、さらに、前記複数の受光素子ペアの第1のセットおよび前記複数の受光素子の第2のセットに前記複数の光ビームを受け取らせ、それによって前記位置検出面上に格子パターンで光路を形成するように構成され、
    マルチタッチ光学タッチ・パネルは、前記位置検出面上に配置されたオブジェクトを検出するように適合され、前記オブジェクトが前記位置検出面上に配置された場合、前記複数の光ビームの少なくとも一部が前記オブジェクトによってブロックされ、それにより、前記複数の光ビームの前記一部が、前記複数の受光素子の第2のセットのうちの1つと、前記複数の受光素子ペアの第1のセットのうちの少なくとも1つの、前記第1または第2の受光素子のうちの少なくとも1つとに、達するのが妨げられ、
    さらに前記制御回路は、前記位置検出面上に配置された前記オブジェクトの座標を決定するように構成され、
    前記制御回路は、光ビームを受け取らない2つの受光素子のそれぞれが、前記複数の受光素子ペアのうちの1つの第1の受光素子または第2の受光素子のいずれであるかに基づいて、前記位置検出面を4つの領域、領域I、領域II、領域III、および、領域IVに分割するように構成され、
    前記制御回路は、前記位置検出面上に配置された前記オブジェクトの前記座標を以下のように計算するように構成され、
    スキャン・サイクル中に光ビームを受け取らない前記2つの受光素子が、どちらも第1の受光素子である場合、前記オブジェクトは前記位置検出面の前記領域I内に位置し、前記座標を決定するための数式は以下のとおりであり、
    Figure 0005593375
    スキャン・サイクル中に光ビームを受け取らない前記2つの受光素子が、どちらも第2の受光素子である場合、前記オブジェクトは前記位置検出面の前記領域II内に位置し、前記座標を決定するための数式は以下のとおりであり、
    Figure 0005593375
    スキャン・サイクル中に光ビームを受け取らない前記位置検出面の前記第2の辺の左部分にある前記受光素子が第1の受光素子であり、光ビームを受け取らない前記位置検出面の前記第2の辺の右部分にある前記受光素子が第2の受光素子である場合、前記オブジェクトは前記位置検出面の領域III内に位置し、前記座標を決定するための数式は以下のとおりであり、
    Figure 0005593375
    スキャン・サイクル中に光ビームを受け取らない前記位置検出面の前記第2の辺の左部分にある前記受光素子が第2の受光素子であり、光ビームを受け取らない前記位置検出面の前記第2の辺の右部分にある前記受光素子が第1の受光素子である場合、前記オブジェクトは前記位置検出面の領域IV内に位置し、前記座標を決定するための数式は以下のとおりであり、
    Figure 0005593375
    上式で、「(A,B)」は前記オブジェクトの前記座標に対応し、「m」および「n」はそれぞれ、スキャン・サイクル中に光ビームを受け取らない前記2つの受光素子の前記位置検出面の前記第2の辺の左端からの距離に対応し、「m」は光ビームを受け取らない前記左側の受光素子の前記第2の辺の左端からの距離であり、「n」は光ビームを受け取らない前記右側の受光素子の前記第2の辺の左端からの距離である、
    マルチタッチ光学タッチ・パネル。
  2. 指定長さおよび指定幅を伴う位置検出面と、
    複数の光ビームを発光するように構成された複数の発光素子ペアの第1のセットであって、縦方向の前記位置検出面の第1の辺に沿った様々なポイントにペアで配置構成される、複数の発光素子ペアの第1のセットと、を備える、マルチタッチ光学タッチ・パネルであって、
    第1の発光素子は、前記第1の辺に対して角度180−θで各発光素子ペアの左側に配置構成可能であり、
    第2の発光素子は、前記第1の辺に対して角度θで各発光素子ペアの右側に配置構成可能であり、
    複数の発光素子の第2のセットは、前記第1の辺に対して90度で前記第1の辺に沿った前記様々なポイントに配置構成可能であり、
    前記幅方向の前記位置検出面の2つの向かい合う辺に沿って配置構成された2つの反射体であって、前記複数の発光素子ペアの前記第1のセットによって発光された前記複数の光ビームを反射するように構成される、反射体と、
    前記複数の発光素子ペアの前記第1のセットによって発光された前記複数の光ビームを受け取るように構成された、複数の受光素子ペアの第1のセットであって、縦方向の前記第1の辺と向かい合う前記位置検出面の第2の辺に沿った様々なポイントに、ペアで配置構成される、複数の受光素子ペアの第1のセットとを、さらに備え、
    第1の受光素子は、前記第2の辺に対して角度θ−180で各受光素子ペアの左側に配置構成され、
    第2の受光素子は、前記第2の辺に対して角度−θで各受光素子ペアの右側に配置構成され、
    複数の受光素子の第2のセットは、前記複数の発光素子の第2のセットによって発光される前記複数の光ビームを受け取るために、前記第2の辺に対して−90度で前記第2の辺に沿った前記様々なポイントに配置構成され、
    制御回路は、前記複数の発光素子ペアの第1のセットおよび前記複数の発光素子の第2のセットに、前記位置検出面をスキャンするために所定の順序で前記複数の光ビームを発光させるように構成され、さらに、前記複数の受光素子ペアの第1のセットおよび前記複数の受光素子の第2のセットに前記複数の光ビームを受け取らせ、それによって前記位置検出面上に格子パターンで光路を形成するように構成され、
    マルチタッチ光学タッチ・パネルは、前記位置検出面上に配置されたオブジェクトを検出するように適合され、前記オブジェクトが前記位置検出面上に配置された場合、前記複数の光ビームの少なくとも一部が前記オブジェクトによってブロックされ、それにより、前記複数の光ビームの前記一部が、前記複数の受光素子の第2のセットのうちの1つと、前記複数の受光素子ペアの第1のセットのうちの少なくとも1つの、前記第1または第2の受光素子のうちの少なくとも1つとに、達するのが妨げられ、
    さらに前記制御回路は、前記位置検出面上に配置された前記オブジェクトの座標を決定するように構成され、
    複数の光ビームを発光するように構成された複数の発光素子ペアの第3のセットであって、縦方向の前記位置検出面の第1の辺に沿った様々なポイントにペアで配置構成される、複数の発光素子ペアの第3のセットをさらに備え、
    第1の発光素子は、前記第1の辺に対して角度180−θで各発光素子ペアの左側に配置構成可能であり、
    第2の発光素子は、前記第1の辺に対して角度θで各発光素子ペアの右側に配置構成可能であり、
    前記複数の発光素子ペアの前記第3のセットによって発光された前記複数の光ビームを受け取るように構成された、複数の受光素子ペアの第3のセットであって、縦方向の前記第1の辺と向かい合う前記位置検出面の第2の辺に沿った様々なポイントに、ペアで配置構成される、複数の受光素子ペアの第3のセットとを、さらに備え、
    第1の受光素子は、前記第2の辺に対して角度θ−180で各受光素子ペアの左側に配置構成され、
    第2の受光素子は、前記第2の辺に対して角度−θで各受光素子ペアの右側に配置構成され、
    前記角度θと、90度と、前記θとのあいだに多重関係が存在しない、
    マルチタッチ光学タッチ・パネル。
  3. 前記制御回路は、発光素子ペアに左から右へ順番に1つずつ複数の光ビームを発光させるか、または、複数の代替発光素子ペアに所与の時点で同時に前記複数の光ビームを発光させるように構成される、請求項1または2に記載のマルチタッチ光学タッチ・パネル。
  4. 前記複数の発光素子が発光ダイオードを含む、請求項1または2に記載のマルチタッチ光学タッチ・パネル。
  5. 前記複数の受光素子が光トランジスタを含む、請求項1または2に記載のマルチタッチ光学タッチ・パネル。
  6. 第1の発光素子が第1の辺に対して角度180−θで発光素子ペアの第1のセットのそれぞれの左側に配置構成され、第2の発光素子が前記第1の辺に対して角度θで発光素子ペアの第1のセットのそれぞれの右側に配置構成された、縦方向の位置検出面の第1の辺に沿った様々なポイントに、ペアでフレーム型回路基板の第1の表面上に複数の発光素子ペアの第1のセットを配置構成するステップと、
    第1の発光素子が前記第1の辺に対して角度180−θで前記発光素子ペアの第3のセットのそれぞれの左側に配置構成され、第2の発光素子が前記第1の辺に対して角度θで発光素子ペアの第3のセットのそれぞれの右側に配置構成された、前記縦方向の前記位置検出面の前記第1の辺に沿った様々なポイントに、ペアで前記フレーム型回路基板の第2の表面上に前記複数の発光素子ペアの第3のセットを配置構成するステップと、および
    各発光素子が前記第1の辺に対して90度で前記第1の辺に沿った前記様々なポイントに配置構成された、前記フレーム型回路基板の前記第1の面上に前記複数の発光素子の第2のセットを配置構成するステップと、を含み
    前記角度θ、90度、および角度θの間に多重関係が存在しない、
    複数の発光素子ペアの第1のセットおよび第3のセット、ならびに複数の発光素子の第2のセットを、位置検出面の周辺を囲むフレーム型回路基板上に配置構成する方法。
  7. 各発光素子が前記第1の辺に対して90度で前記第1の辺に沿った前記様々なポイントに配置構成された、前記フレーム型回路基板の前記第2の面上に前記複数の発光素子の第2のセットが配置構成可能な、請求項6に記載の方法。
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