JP5821125B2 - 内部全反射を使用する光学タッチスクリーン - Google Patents

内部全反射を使用する光学タッチスクリーン Download PDF

Info

Publication number
JP5821125B2
JP5821125B2 JP2014158026A JP2014158026A JP5821125B2 JP 5821125 B2 JP5821125 B2 JP 5821125B2 JP 2014158026 A JP2014158026 A JP 2014158026A JP 2014158026 A JP2014158026 A JP 2014158026A JP 5821125 B2 JP5821125 B2 JP 5821125B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
light
screen
emitter
receiver
touch
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2014158026A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2014222539A (ja
Inventor
ステファン ホルムグレン
ステファン ホルムグレン
ラーシュ スパーフ
ラーシュ スパーフ
レモ ベーダシュト
レモ ベーダシュト
トーマス エリクソン
トーマス エリクソン
マイケル ローレンス エリアン
マイケル ローレンス エリアン
ジョセフ シャイン
ジョセフ シャイン
アンダース ヤンソン
アンダース ヤンソン
ロベルト ペッテション
ロベルト ペッテション
ヨーン カールソン
ヨーン カールソン
Original Assignee
ネオノード インコーポレイテッド
ネオノード インコーポレイテッド
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ネオノード インコーポレイテッド, ネオノード インコーポレイテッド filed Critical ネオノード インコーポレイテッド
Publication of JP2014222539A publication Critical patent/JP2014222539A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP5821125B2 publication Critical patent/JP5821125B2/ja
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F3/00—Input arrangements for transferring data to be processed into a form capable of being handled by the computer; Output arrangements for transferring data from processing unit to output unit, e.g. interface arrangements
    • G06F3/01—Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer
    • G06F3/03—Arrangements for converting the position or the displacement of a member into a coded form
    • G06F3/041—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means
    • G06F3/042—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means by opto-electronic means
    • G06F3/0421—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means by opto-electronic means by interrupting or reflecting a light beam, e.g. optical touch-screen
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F3/00—Input arrangements for transferring data to be processed into a form capable of being handled by the computer; Output arrangements for transferring data from processing unit to output unit, e.g. interface arrangements
    • G06F3/01—Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer
    • G06F3/03—Arrangements for converting the position or the displacement of a member into a coded form
    • G06F3/041—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means
    • G06F3/042—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means by opto-electronic means
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F3/00—Input arrangements for transferring data to be processed into a form capable of being handled by the computer; Output arrangements for transferring data from processing unit to output unit, e.g. interface arrangements
    • G06F3/01—Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer
    • G06F3/03—Arrangements for converting the position or the displacement of a member into a coded form
    • G06F3/041—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means
    • G06F3/0416—Control or interface arrangements specially adapted for digitisers
    • G06F3/04166—Details of scanning methods, e.g. sampling time, grouping of sub areas or time sharing with display driving
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F3/00—Input arrangements for transferring data to be processed into a form capable of being handled by the computer; Output arrangements for transferring data from processing unit to output unit, e.g. interface arrangements
    • G06F3/01—Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer
    • G06F3/03—Arrangements for converting the position or the displacement of a member into a coded form
    • G06F3/041—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means
    • G06F3/0416—Control or interface arrangements specially adapted for digitisers
    • G06F3/0418—Control or interface arrangements specially adapted for digitisers for error correction or compensation, e.g. based on parallax, calibration or alignment
    • G06F3/04186—Touch location disambiguation
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F3/00—Input arrangements for transferring data to be processed into a form capable of being handled by the computer; Output arrangements for transferring data from processing unit to output unit, e.g. interface arrangements
    • G06F3/01—Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer
    • G06F3/03—Arrangements for converting the position or the displacement of a member into a coded form
    • G06F3/041—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means
    • G06F3/042—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means by opto-electronic means
    • G06F3/0428—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means by opto-electronic means by sensing at the edges of the touch surface the interruption of optical paths, e.g. an illumination plane, parallel to the touch surface which may be virtual
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F3/00—Input arrangements for transferring data to be processed into a form capable of being handled by the computer; Output arrangements for transferring data from processing unit to output unit, e.g. interface arrangements
    • G06F3/01—Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer
    • G06F3/048—Interaction techniques based on graphical user interfaces [GUI]
    • G06F3/0487—Interaction techniques based on graphical user interfaces [GUI] using specific features provided by the input device, e.g. functions controlled by the rotation of a mouse with dual sensing arrangements, or of the nature of the input device, e.g. tap gestures based on pressure sensed by a digitiser
    • G06F3/0488—Interaction techniques based on graphical user interfaces [GUI] using specific features provided by the input device, e.g. functions controlled by the rotation of a mouse with dual sensing arrangements, or of the nature of the input device, e.g. tap gestures based on pressure sensed by a digitiser using a touch-screen or digitiser, e.g. input of commands through traced gestures
    • G06F3/04883—Interaction techniques based on graphical user interfaces [GUI] using specific features provided by the input device, e.g. functions controlled by the rotation of a mouse with dual sensing arrangements, or of the nature of the input device, e.g. tap gestures based on pressure sensed by a digitiser using a touch-screen or digitiser, e.g. input of commands through traced gestures for inputting data by handwriting, e.g. gesture or text
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F2203/00—Indexing scheme relating to G06F3/00 - G06F3/048
    • G06F2203/041—Indexing scheme relating to G06F3/041 - G06F3/045
    • G06F2203/04104—Multi-touch detection in digitiser, i.e. details about the simultaneous detection of a plurality of touching locations, e.g. multiple fingers or pen and finger
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F2203/00—Indexing scheme relating to G06F3/00 - G06F3/048
    • G06F2203/041—Indexing scheme relating to G06F3/041 - G06F3/045
    • G06F2203/04108—Touchless 2D- digitiser, i.e. digitiser detecting the X/Y position of the input means, finger or stylus, also when it does not touch, but is proximate to the digitiser's interaction surface without distance measurement in the Z direction
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F2203/00—Indexing scheme relating to G06F3/00 - G06F3/048
    • G06F2203/041—Indexing scheme relating to G06F3/041 - G06F3/045
    • G06F2203/04109—FTIR in optical digitiser, i.e. touch detection by frustrating the total internal reflection within an optical waveguide due to changes of optical properties or deformation at the touch location
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F2203/00—Indexing scheme relating to G06F3/00 - G06F3/048
    • G06F2203/048—Indexing scheme relating to G06F3/048
    • G06F2203/04808—Several contacts: gestures triggering a specific function, e.g. scrolling, zooming, right-click, when the user establishes several contacts with the surface simultaneously; e.g. using several fingers or a combination of fingers and pen

Description

本発明の分野は、光ベースのタッチスクリーンである。
多くの家電デバイスは、現在、指又はスタイラスタッチユーザ入力で使用するためにタッチ感応スクリーン付きで製造される。これらのデバイスは、携帯電話及び自動車エンターテインメントシステムのような小さいスクリーンデバイスから、ノートブックコンピュータのような中型スクリーンデバイス、更に空港の搭乗手続きステーションのような大スクリーンデバイスに及んでいる。
殆どの従来のタッチスクリーンシステムは、抵抗又は容量層に基づいている。このようなシステムは、簡単に拡張可能ではないので、網羅的な解決法が得られるほど十分に万能ではない。
従来のタッチスクリーンシステムの従来技術の図である図１を参照する。このようなシステムは、ＬＣＤ表示面６０６、ＬＣＤ面の上に置かれている抵抗又は容量オーバーレイ８０１、オーバーレイに接続してオーバーレイからの入力を有意な信号に変換するコントローラ集積回路（ＩＣ）７０１を含む。コンピュータのようなホストデバイス（図示せず）は、コントローラＩＣ７０１から信号を受信し、デバイスドライバ又はそのような他のプログラムは、信号を解釈してキー押し又はスクロール移動のようなタッチベースの入力を検出する。
従来の抵抗タッチスクリーンの従来技術の図である図２を参照する。薄い空間よって分離された導電及び抵抗層８０２が図２に示されている。ＰＥＴフィルム８０３は、上部回路層８０４の上に重なり、それは、導電コーティング８０６の上に重なる。同様に、スペーサドット８０８を有する導電コーティング８０７は、底部回路層８０５の上に重なり、それは、ガラス層６０７の上に重なる。指又はスタイラスのようなポインタ９００がスクリーンに接触した時に、接触が抵抗層間に生じ、スイッチが閉じられる。コントローラ７０１は、タッチ点の位置を導出するために層間の電流を判断する。
抵抗タッチスクリーンの長所は、低価格、低い電力消費、及びスタイラスサポートである。
抵抗タッチスクリーンの短所は、オーバーレイの結果、スクリーンが十分には透明でないことである。別の短所は、圧力がタッチ検出に必要であることであり、すなわち、十分な圧力なしでスクリーンに触れるポインタは、未検出になることである。従って、抵抗タッチスクリーンは、指タッチを十分には検出しない。別の短所は、抵抗タッチスクリーンは、直射日光の下でほぼ読み取り不能であることである。別の短所は、抵抗タッチスクリーンがかき傷に敏感であることである。更に別の短所は、抵抗タッチスクリーンは、「マルチタッチ」と呼ばれる２つ又はそれよりも多くのポインタが同時にスクリーンに触れていることを識別することができないことである。
従来の表面容量タッチスクリーンの従来技術の図である図３を参照する。被覆ガラス担体８１０の上に重なるタッチ面８０９が図３に示されている。ガラス８１１の２つの側は、均一な導電インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）コーティング８１２で被覆される。更に、二酸化シリコンハードコーティング８１３が、ＩＴＯコーティング層８１２のうちの１つの前側に被覆される。電流を発生する電極８１４が、ガラスの４つのコーナで取り付けられる。指又はスタイラスのようなポインタ９００がスクリーンに触れ、タッチ点に少量の電流を流す。コントローラ７０１は、次に、４つの電極を通る電流の比率に基づいてタッチ点の位置を判断する。
表面容量タッチスクリーンの長所は、指タッチサポート及び耐久性がある面である。
表面容量タッチスクリーンの短所は、オーバーレイの結果、スクリーンが十分には透明でないことである。別の短所は、作動の温度範囲に限界がある点である。別の短所は、タッチスクリーンの容量的性質のためにポインタ移動の捕捉速度に限界がある点である。別の短所は、表面容量タッチスクリーンが高周波（ＲＦ）干渉及び電磁（ＥＭ）干渉を受けやすいことである。別の短所は、タッチ位置判断の精度がキャパシタンスに依存することである。別の短所は、表面容量タッチスクリーンは、手袋を着用して使用することができないことである。別の短所は、表面容量タッチスクリーンには、大きいスクリーン境界が必要であることである。従って、表面容量タッチスクリーンは、小さいスクリーンデバイスと併用することができない。更に別の短所は、表面容量タッチスクリーンは、マルチタッチを識別することができないことである。
従来の投影容量タッチスクリーンの従来技術の図である図４を参照する。複数の水平（ｘ軸）及び垂直（ｙ軸）電極を形成するエッチドＩＴＯ層８１５が図４に示されている。
エッチド層８１５は、外側ハードコート層８１６及び８１７、ｘ軸電極パターン８１８、ｙ軸電極パターン８１９、及びその中間のＩＴＯガラス８２０を含む。ＡＣ信号７０２が一方の軸線上の電極を駆動し、スクリーンを通しての応答が、他方の軸線上の電極を通じてループバックする。スクリーンに触れるポインタ９００の位置は、水平及び垂直電極間の信号レベル変化７０３に基づいて判断される。
投影容量タッチスクリーンの長所は、指マルチタッチ検出及び耐久性がある面である。
投影容量タッチスクリーンの短所は、オーバーレイの結果、スクリーンが十分には透明でないことである。別の短所は、高コストである。別の短所は、作動の温度範囲に限界がある点である。別の短所は、タッチスクリーンの容量的性質のために捕捉速度に限界がある点である。別の短所は、典型的には５’’未満であるスクリーンサイズの限界である。
別の短所は、表面容量タッチスクリーンがＲＦ干渉及びＥＭ干渉を受けやすいことである。更に別の短所は、タッチ位置判断の精度がキャパシタンスに依存することである。
従来の光学タッチスクリーンは、スクリーンの１つの縁部からスクリーン面の上にかつそれを横切って光検出器が無中断ビームを検出する位置まで光ビームを投影する。タッチは、スクリーン上に置かれた物体が投影された光ビームの１つ又はそれよりも多くを遮断し、かつ光検出器の一部が予想された光を検出しない時に検出される。
従来の光学タッチスクリーンの短所は、スクリーンにわたって光ビームを投影するためにスクリーンの周りに隆起したベゼルが必要であることである。この要件は、デバイスの縁部がスクリーン面と面一である完全に平坦な上面を必要とする一部の製品設計に適合しない。
従来の光学タッチスクリーンの別の短所は、「ゴースト」として公知であるアーチファクトである。指のようなポインタが完全に光ビームを遮断し、かつ遮断されたビームの影の内側に位置する第２のポインタが未検出になる時に、第２のポインタが検出器に到達する光量に影響を与えないのでゴーストが出現する。
米国特許第８，３３９，３７９号明細書 米国特許出願出願番号第１２／３７１，６０９号明細書 米国特許出願出願番号第６１／３１７，２５５号明細書 米国特許第７，３３３，０９５号明細書 米国特許出願第１２／４８６，０３３号明細書 米国特許公開第２００９／０１８９８７８ Ａ１号明細書 特許出願出願番号第１３／０５２，５１１号明細書 米国特許公開第２０１１／０１６３９９８号明細書 特許出願出願番号第１２／６６７，６９２号明細書 米国特許公開第２０１１／００４３４８５号明細書
Ｄｉｅｔｚ、Ｐ．Ｈ．Ｙｅｒａｚｕｎｉｓ、Ｗ．Ｓ．及びＬｅｉｇｈ、Ｄ．Ｌ．共著「双方向ＬＥＤを使用する超低コスト感知及び通信」、ユビキタスコンピュータ国際会議（ＵｂｉＣｏｍｐ）、２００３年１０月
従って、面一デバイス設計を可能にし、かつ単一ビーム経路内の複数の物体を検出しながら、上述の従来の抵抗及び容量タッチスクリーンの短所を克服するタッチスクリーンを提供することは有益であると考えられる。
本発明の態様は、ディスプレイを覆う固体又は液体層を通してディスプレイの上にかつそれにわたって光ビームが誘導され、それに関してスクリーンに同時に触れる２つ又はそれよりも多くのポインタの位置を明瞭に推定することができる光ベースのタッチスクリーンを提供する。
従って、本発明の実施形態により、ハウジングと、ハウジングの外側から１つ又はそれよりも多くの物体によって触れられるように露出された上面を含み、ハウジングに装着された光透過材料の層と、上面の下でハウジングに装着された光ビームを放出するための複数の光エミッタと、層に入る時の光ビームが、光ビームが上面に触れる物体のいずれによっても吸収されない時に層の上面及び下面での内部全反射によって層に閉じ込められたままであるような角度で、光エミッタによって放出された光ビームを層の中に誘導するための第１のレンズアセンブリと、光ビームを検出し、かつ検出された光の量を示す出力を生成するために上面の下でハウジングに装着された複数の光検出器と、光検出器の１つ又はそれよりも多くに向けて層の面で光ビームを誘導するための第２のレンズアセンブリと、光検出器の出力に基づいて上面に触れる１つ又はそれよりも多くの物体のそれぞれの１つ又はそれよりも多くの位置を判断するためにハウジングに装着され、かつレシーバに接続された計算ユニットとを含み、層における光ビームが、それらが物体のいずれかと接触する時に上面で部分的に吸収されるコンピュータデバイスのためのタッチスクリーンを提供する。
本発明の実施形態により、ハウジングと、ハウジングの外側から１つ又はそれよりも多くの物体によって触れられるように露出された上面を含んでハウジングに装着された光透過材料の層と、光ビームを放出するために上面の下でハウジングに装着された複数の光エミッタと、層に入る時の光ビームがその層の上面及び下面での内部全反射によって層に閉じ込められたままであるような角度で、光エミッタによって放出された光ビームを層の中に誘導するためにハウジングに装着された第１のレンズアセンブリと、光ビームを検出し、かつ検出された光の量を示す出力を生成するために上面の下でハウジングに装着された複数の光検出器と、光検出器の１つ又はそれよりも多くに向けて層の面で光ビームを誘導するためにハウジングに装着された第２のレンズアセンブリと、光検出器の出力に基づいて上面に触れる１つ又はそれよりも多くの物体のそれぞれの１つ又はそれよりも多くの位置を判断するためにハウジングに装着され、かつレシーバに接続された計算ユニットとを含み、層における光ビームが、第２のレンズアセンブリがそれらが散乱されなかった場合よりも多くの光検出器にそれらを誘導するように、それらが物体のいずれかと接触する時に上面で層の中に散乱して戻されるコンピュータデバイスのためのタッチスクリーンを更に提供する。
本発明は、図面に関連した以下の詳細説明からより完全に理解かつ認められるであろう。
図への参照のために、要素及びそれらの数字の以下の索引を提供する。１００番台で付番された要素は、一般的に光ビームに関し、２００番台で付番された要素は、一般的に光源に関し、３００番台で付番された要素は、一般的に光レシーバに関し、４００番台及び５００番台で付番された要素は、一般的に導光体に関し、６００番台で付番された要素は、一般的にディスプレイに関し、７００で付番された要素は、一般的に回路要素に関し、８００番台で付番された要素は、一般的に電子デバイスに関し、９００番台で付番された要素は、一般的にユーザインタフェースに関する。１０００番台で付番された要素は、流れ図の作動である。
類似に付番された要素は、同じタイプの要素を表すが、それらは、同一要素である必要はない。
（表）
（表）
（表）
（表）

（表）
（表）
（表）
（表）
従来のタッチスクリーンシステムの従来技術の図である。 従来の抵抗タッチスクリーンの従来技術の図である。 従来の表面容量タッチスクリーン従来技術の図である。 従来の投影容量タッチスクリーンの従来技術の図である。 本発明の実施形態によるタッチスクリーン検出チャンネルの略示図である。 本発明の実施形態によりタッチスクリーンシステムにおいてスクリーン軸線に沿って向けられた光ビームの略示図である。 本発明の実施形態によりタッチスクリーンシステムにおいてファンのようにスクリーンにわたって広がった光ビームの略示図である。 本発明の実施形態により円形又は円弧状検出ゾーンを生成するスクリーン縁部に沿って配分された組合せトランスミッタ−レシーバ要素の略示図である。 本発明の実施形態により光が第１のスクリーン縁部に沿った位置に光ファイバ導光体により案内される互いに近くに位置決めされた複数のエミッタを含むタッチスクリーンの一部分の図である。 本発明の実施形態により１６個のエミッタ及び１６個のレシーバを有するタッチスクリーンの図である。 本発明の実施形態により同時にスクリーンに触れる２つのポインタの検出を示す図１０のタッチスクリーンの図である。 本発明の実施形態により同時にスクリーンに触れる２つのポインタの検出を示す図１０のタッチスクリーンの図である。 本発明の実施形態により同時にスクリーンに触れる２つのポインタの検出を示す図１０のタッチスクリーンの図である。 本発明の実施形態により２つの指の滑り移動を検出するタッチスクリーンの図である。 本発明の実施形態により２つの指の滑り移動を検出するタッチスクリーンの図である。 本発明の実施形態による図１０のタッチスクリーンの回路図である。 本発明の実施形態による光ベースのタッチスクリーンシステムの略示図である。 本発明の実施形態による図１７のタッチスクリーンの略示断面図である。 本発明の実施形態によりタッチスクリーンシステムがスクリーンに触れる指先の正確な位置を判断することを可能にするエミッタ、レシーバ、及び光学要素の配置の略示図である。 本発明の実施形態によりタッチスクリーンシステムが取りわけスタイラスを含むセンサ要素よりも小さいポインタを検出することを可能にするエミッタ、レシーバ、及び光学要素の配置の略示図である。 本発明の実施形態により幅広光ビームがスクリーンを覆うタッチスクリーンの略示図である。 本発明の実施形態による平行化レンズの略示図である。 本発明の実施形態により光レシーバと協働する平行化レンズの略示図である。 本発明の実施形態によりエミッタに向いたマイクロレンズの面を有する平行化レンズの略示図である。 本発明の実施形態によりレシーバに向いたマイクロレンズの面を有する平行化レンズの略示図である。 本発明の実施形態により幅広ビームタッチスクリーンを有する電子デバイスの略示図である。 本発明の実施形態により２つのレシーバにより検出された１つのエミッタからの重なり合う光ビームを示す図２６の電子デバイスの図である。 本発明の実施形態により１つのレシーバにより検出された２つのエミッタからの重なり合う光ビームを示す図２６の電子デバイスの図である。 本発明の実施形態によりスクリーン上の点が少なくとも２つのエミッタ−レシーバ対により検出されることを示す図２６の電子デバイスの図である。 本発明の実施形態により光信号の強度分布を示す幅広ビームタッチスクリーンの略示図である。 本発明の実施形態により２つのエミッタからの重なり合う光信号の強度分布を示す幅広ビームタッチスクリーンの略示図である。 本発明の実施形態により１つのエミッタからの２組の重なり合う光信号の強度分布を示す幅広ビームタッチスクリーンの略示図である。 本発明の実施形態によりマイクロレンズパターンを有していないエミッタ及びレシーバレンズを有する幅広ビームタッチスクリーンの略示図である。 本発明の実施形態によりマイクロレンズパターンを有するエミッタ及びレシーバレンズを有する幅広ビームタッチスクリーンの略示図である。 本発明の実施形態によりマイクロレンズパターンを有するエミッタ及びレシーバレンズを有する幅広ビームタッチスクリーンの略示図である。 本発明の実施形態によりマイクロレンズパターンを有していないエミッタ及びレシーバレンズを有する幅広ビームタッチスクリーンの略示図である。 本発明の実施形態によりマイクロレンズパターンを有するエミッタ及びレシーバレンズを有する幅広ビームタッチスクリーンの略示図である。 本発明の実施形態によりマイクロレンズパターンを一体化したレンズを有する２つのエミッタの略示図である。 本発明の実施形態によりマイクロレンズパターンを一体化したレンズを有する２つのレシーバの略示図である。 本発明の実施形態によりディスプレイと外側ケーシングとを有する電子デバイスとの関連における単一ユニット導光体の側面図の略示図である。 本発明の実施形態により面上にフェザーパターンが適用されたレンズの２つの異なる角度からの側面図の略示図である。 本発明の実施形態による幅広ビームタッチスクリーンの一部分の略示図である。 本発明の実施形態によりレンズ上にエッチングされたマイクロレンズを出入りする光ビームの略示図の上面図である。 本発明の実施形態によりディスプレイと外側ケーシングとを有するデバイスとの関連における２ユニット導光体の側面図の略示図である。 本発明の実施形態によりＰＣＢ及び外側ケーシングを有するデバイスとの関連における導光体ユニットの図である。 本発明の実施形態による図４５の導光体ユニットの上面図である。 本発明の実施形態により指タッチを検出するための光ベースのタッチスクリーンのためのシフト位置合せ式エミッタ及び検出器の略示図である。 本発明の実施形態による図４７のスクリーン上の指タッチ検出の略示図である。 本発明の実施形態による電子デバイス内の導光体の側面切り欠き図の略示図である。 本発明の実施形態による電子デバイスの一部分と光ビームを折り返す少なくとも２つの有効面を有する導光体の上側部分との側面切り欠き図の略示図である。 本発明の実施形態によりディスプレイを覆う保護ガラスの一体部分として形成された透明な光学タッチ導光体の断面の略示図である。 本発明の実施形態によりスクリーンの縁部を隠すようになった図５０の電子デバイス及び導光体の略示図である。 本発明の実施形態によりエミッタの反対側からディスプレイの上方まで延びる単一ユニットである導光体の略示図である。 本発明の実施形態による２ユニット導光体の略示図である。 本発明の実施形態によりユーザによって保持されたタッチスクリーンデバイスの略示図である。 本発明の実施形態により幅広光ビームがスクリーンを覆うタッチスクリーンの略示図である。 本発明の実施形態によるデバイスとの関連における導光体の略示側面図である。 本発明の実施形態によるデバイスとの関連における導光体の略示上面図である。 本発明の実施形態によるデバイスとの関連における導光体の略示底面図である。 本発明の実施形態によりエミッタ及びレシーバによって取り囲まれたタッチスクリーンの略示図である。 本発明の実施形態により反射ファセットの波状の角ばったパターンを有する光学要素の３つの角度から示す略示図である。 本発明の実施形態により２つの隣接エミッタからの光を反射、平行化、及びインターリーブする光学要素の略示図である。 本発明の実施形態によるマルチファセット光学要素の略示図である。 本発明の実施形態により９つのファセットに対して光分布に対する様々な反射ファセットパラメータの効果を示す略示グラフである。 本発明の実施形態により幅広光ビームがスクリーンを横切るタッチスクリーンの略示図である。 本発明の実施形態により２つの幅広光ビームがスクリーンを横切るタッチスクリーンの略示図である。 本発明の実施形態により３つの幅広光ビームがスクリーンを横切るタッチスクリーンの略示図である。 本発明の実施形態によるタッチスクリーン内の幅広ビームの光分布の略示グラフである。 本発明の実施形態により指先がスクリーンを横切って移動する時の３つの幅広ビームからの検出信号の略示図である。 本発明の実施形態によりタッチスクリーンにおける重なり合う幅広ビームの光分布の略示グラフである。 本発明の実施形態によりタッチスクリーンにおける重なり合う幅広ビームの光分布の略示グラフである。 本発明の実施形態によりタッチスクリーンにおける重なり合う幅広ビームの光分布の略示グラフである。 本発明の実施形態により指先が３つの異なる位置でスクリーンを横切って移動する時の幅広ビームからの検出信号の略示グラフである。 本発明の実施形態による４つの光学要素及び４つの隣接エミッタの略示図である。 本発明の実施形態により共通経路に沿って２つのエミッタからのビームを誘導する回折面の略示図である。 本発明の実施形態により交替するエミッタ及びレシーバで取り囲まれたタッチスクリーンの略示図である。 本発明の実施形態による交替するエミッタ及びレシーバで取り囲まれたタッチスクリーンとスクリーンを横切る幅広ビームとの略示図である。 本発明の実施形態による交替するエミッタ及びレシーバで取り囲まれたタッチスクリーンとスクリーンを横切る２つの幅広ビームとの略示図である。 本発明の実施形態による交替するエミッタ及びレシーバで取り囲まれたタッチスクリーンとスクリーンを横切る３つの幅広ビームとの略示図である。 本発明の実施形態によりエミッタ及び隣接レシーバに対する光を反射及びインターリーブする平行化光学要素の略示図である。 本発明の実施形態により光エミッタの第１の向きに対して不明瞭であるマルチタッチ位置の図である。 本発明の実施形態により光エミッタの第１の向きに対して不明瞭であるマルチタッチ位置の図である。 本発明の実施形態により光エミッタの第１の向きに対して不明瞭であるマルチタッチ位置の図である。 本発明の実施形態により光エミッタの第１の向きに対して不明瞭であるマルチタッチ位置の図である。 本発明の実施形態により光エミッタの第２の向きに対して明瞭である図８１のマルチタッチ位置の図である。 本発明の実施形態により光エミッタの第２の向きに対して明瞭である図８２のマルチタッチ位置の図である。 本発明の実施形態により光エミッタの第２の向きに対して明瞭である図８３のマルチタッチ位置の図である。 本発明の実施形態により光ビームが４つの軸線に沿って誘導されるタッチスクリーンの略示図である。 本発明の実施形態により２つのグリッド向きを有する光エミッタ及び光レシーバの交替構成の略示図である。 本発明の実施形態により交替する光エミッタ及び光レシーバの構成の略示図である。 本発明の実施形態により２つのレシーバにより検出されているエミッタからの２つの幅広光ビームの略示図である。 本発明の実施形態による２つの幅広ビーム及びその間の重複区域の略示図である。 本発明の実施形態により光ビームを検出する縁部にあるタッチ点の略示図である。 本発明の実施形態により指タッチ検出のために設計されたスクリーンにおける指サイズのタッチ点の略示図である。 本発明の実施形態により表示スクリーンの２つの縁部に沿ってレシーバに光を誘導する表示スクリーンの一方の縁部に沿ったエミッタの略示図である。 本発明の実施形態により実質的に平面の２面の窪んだ空洞の反復パターンを備えたレンズ面を有する３方向に光を屈折させるレンズの略示図である。 本発明の実施形態により実質的に平面の３面の窪んだ空洞の反復パターンを備えたレンズ面を有する３方向に光を屈折させるレンズの略示図である。 本発明の実施形態により交替するエミッタ及びレシーバで取り囲まれたタッチスクリーンとスクリーンを横切る斜め幅広ビームとの略示図である。 本発明の実施形態により交替するエミッタ及びレシーバで取り囲まれたタッチスクリーンとスクリーンを横切る斜め幅広ビームとの略示図である。 本発明の実施形態により交替するエミッタ及びレシーバで取り囲まれたタッチスクリーンとスクリーンを横切る斜め幅広ビームとの略示図である。 本発明の実施形態によりタッチスクリーンにおける斜め幅広ビームにわたる光分布の略示グラフである。 本発明の実施形態によりタッチスクリーンにおける３つの重なり合う斜め幅広ビームにわたる光分布の略示グラフである。 本発明の実施形態により指がタッチスクリーンにおいて３つの重なり合う斜め幅広ビームを横切って滑る時のタッチ検出の略示グラフである。 本発明の実施形態により指先が３つの異なる位置でスクリーンを横切って移動する時の斜め幅広ビームからの検出信号の略示グラフである。 本発明の実施形態によりスクリーンを横切る斜めの及び直交する幅広ビームが１つのレシーバにより検出されるように交替するエミッタ及びレシーバで取り囲まれたタッチスクリーンの第１の実施形態の略示図である。 本発明の実施形態によりスクリーンを横切る斜めの及び直交する幅広ビームが１つのレシーバにより検出されるように交替するエミッタ及びレシーバで取り囲まれたタッチスクリーンの第２の実施形態の略示図である。 スタイラスで従来技術のタッチスクリーン上で書き込むユーザの略示図である。 本発明の実施形態によりユーザの手掌がタッチスクリーンに載った時にスタイラスの位置を検出する光ビームの略示図である。 本発明の実施形態によりタッチスクリーンを取り囲むフレームの略示図である。 本発明の実施形態によるタッチスクリーンのコーナのためのエミッタ、レシーバ、及び光学要素の第１の実施形態の略示図である。 本発明の実施形態によるタッチスクリーンのコーナのためのエミッタ、レシーバ、及び光学要素の第２の実施形態の略示図である。 本発明の実施形態により赤外光を透過するプラスチック材料で製造された光学構成要素の図である。 本発明の実施形態により導光体を有するタッチスクリーンの側面図の略示図である。 本発明の実施形態により各側に３つの光学構成要素のブロックを有するタッチスクリーンの図である。 本発明の実施形態による図１１４のエミッタブロックのうちの１つの拡大図である。 本発明の実施形態によりカバーガラスを有するタッチスクリーンアセンブリの略示図である。 本発明の実施形態によりカバーガラスを有するタッチスクリーンアセンブリにおいて内部反射光を散乱させるタッチの略示図である。 本発明の実施形態によりカバーガラスを有するタッチスクリーンアセンブリにおいて内部反射光を吸収するタッチ物体の略示図である。 本発明の実施形態によりカバーガラスを有するタッチスクリーンアセンブリの略示図である。 本発明の実施形態による図１１９のタッチスクリーンアセンブリにおける光ビーム経路の略示図である。 本発明の実施形態によりカバーガラスを有するタッチスクリーンアセンブリの略示図である。 本発明の実施形態により２つの斜めタッチ点を検出するエミッタ及びレシーバの略示図である。 本発明の実施形態により３つのタッチ点を検出するエミッタ及びレシーバの略示図である。 本発明の実施形態によりカバーガラスを有するタッチスクリーンアセンブリの略示図である。 本発明の実施形態により複数のタッチ検出信号の曖昧性を除去する方法の流れ図である。 本発明の実施形態によりカバーガラスを有するタッチスクリーンアセンブリの略示図である。 本発明の実施形態によりスクリーンの上に光を向けるための長く薄い導光体をスクリーンの第１の縁部に沿って有し、かつ向けられた光を検出して検出された光値を計算ユニットに通信するためにスクリーンの反対の縁部に沿って配置された光レシーバのアレイを有するタッチスクリーンの図である。 本発明の実施形態によりスクリーンの上に光ビームを向けるための光エミッタのアレイをスクリーンの第１の縁部に沿って有し、かつ向けられた光ビームを受け取って更に導光体の両端に位置するレシーバに誘導する長く薄い導光体を有するタッチスクリーンの図である。 本発明の実施形態により各々が長く薄い導光体の各縁部に結合された２つの光エミッタの図である。 本発明の実施形態により強い押圧の発生を検出するタッチスクリーンの図である。 本発明の実施形態により強い押圧の発生を検出するタッチスクリーンの図である。 本発明の実施形態により強い押圧の発生を検出するタッチスクリーンの図である。 本発明の実施形態により強い押圧の発生を検出するタッチスクリーンの図である。 本発明の実施形態により圧力が剛性装着７インチＬＣＤスクリーンに印加された時に検出された光の増加を示す棒グラフである。 本発明の実施形態により圧力が剛性装着７インチＬＣＤスクリーンに印加された時に検出された光の増加を示す棒グラフである。 本発明の実施形態によりタッチスクリーンシステムにおけるエミッタ及びレシーバレンズの対向する列の図である。 本発明の実施形態によりタッチスクリーンシステムにおけるエミッタ及びレシーバレンズの対向する列の図である。 本発明の実施形態によりタッチスクリーンシステムにおける複数のエミッタ−レシーバ対によるタッチ位置を判断する技術の略示図である。 本発明の実施形態により図１３６及び図１３７の構成の導光体フレームの図である。 本発明の実施形態により光ベースのタッチスクリーンのタッチ検出の方法の略示流れ図である。 ユーザがスクリーン上に２つの指を置いてそれらを軸線周りに回転させる回転動作の図である。 ユーザがスクリーン上に２つの指を置いてそれらを軸線周りに回転させる回転動作の図である。 ユーザがスクリーン上に２つの指を置いてそれらを軸線周りに回転させる回転動作の図である。 本発明の実施形態によるタッチスクリーン上の様々な位置でのタッチイベントの図である。 本発明の実施形態によるタッチスクリーン上の様々な位置でのタッチイベントの図である。 本発明の実施形態によるタッチスクリーン上の様々な位置でのタッチイベントの図である。 本発明の実施形態によるタッチスクリーン上の様々な位置でのタッチイベントの図である。 本発明の実施形態による図１４４に示すタッチイベント中の光飽和の棒グラフである。 本発明の実施形態による図１４５に示すタッチイベント中の光飽和の棒グラフである。 本発明の実施形態による図１４６に示すタッチイベント中の光飽和の棒グラフである。 本発明の実施形態による図１４７に示すタッチイベント中の光飽和の棒グラフである。 本発明の実施形態により同時のはす向かいのタッチ位置を判断する方法の略示流れ図である。 本発明の実施形態により時計回りと反時計回りの動作の間を区別する方法の略示流れ図である。 本発明の実施形態により光ベースのタッチスクリーンの較正及びタッチ検出の方法の略示流れ図である。 本発明の実施形態によりタッチによって生成された信号と機械式効果によって生成された信号との間の差を示す写真である。 本発明の実施形態により光ベースのタッチスクリーンを較正する時にパルス強度を設定する制御回路の略示図である。 本発明の実施形態により光ベースのタッチスクリーンを較正するための最小電流から最大電流に至るパルス強度の較正パルスのプロットである。 本発明の実施形態により光ベースのタッチスクリーンを較正するための略示パルス図及び対応する出力信号グラフである。 本発明の実施形態によりプリント回路基板上にエミッタ又はレシーバのような構成要素を位置決めする精度を増大させるために毛細効果がどのように使用されるかを示す図である。 本発明の実施形態による加熱オーブンを通過した後の図１５９のプリント回路基板を示す図である。 本発明の実施形態による光ベースのタッチスクリーンシステム及びそのためのＡＳＩＣコントローラの略示図である。 本発明の実施形態による光ベースのタッチスクリーンのコントローラのためのチップパッケージの回路図である。 本発明の実施形態による図１６２のチップパッケージへの接続のための４つ又は５つの光エミッタが各列内にある６列の光エミッタの回路図である。 本発明の実施形態によりエミッタ及びレシーバによって取り囲まれたタッチスクリーンの略示図である。 本発明の実施形態により２つのコントローラで構成されたタッチスクリーンを示す略示適用図である。 従来のチップ対本発明の専用コントローラを使用した走査シーケンス性能を比較するグラフである。 本発明の実施形態によりエミッタ及びレシーバのシフト位置合せ式配列を有するタッチスクリーンの略示図である。 本発明の実施形態により各スクリーン縁部に沿って交替するエミッタ及びレシーバを有するタッチスクリーンの略示図である。 本発明の実施形態により可撓性圧縮性層が面の上にあるタッチ面の略示図である。 本発明の実施形態による図１６９のタッチ面の拡大図である。 本発明の実施形態により図１６９のタッチ面の可撓性圧縮性層を押し下げてその上に圧痕を生成する物体の略示図である。 本発明の実施形態により可撓性圧縮性層が面の上にある代替タッチ面の略示図である。 本発明の実施形態により図１７２のタッチ面の可撓性圧縮性層を押し下げてその上に圧痕を生成する物体の略示図である。 本発明の実施形態により可撓性圧縮性層が面の上にある別の代替タッチ面の略示図である。
本発明の態様は、光ベースのタッチスクリーンに関する。
解説の明瞭さを期すために、本明細書を通して「タッチスクリーン」という用語は、電子ディスプレイを含む場合もあれば含まない場合もあるタッチ感応面を指すために一般的な名称として使用する。従って、本明細書で使用する時の「タッチスクリーン」という用語は、取りわけ、多くのラップトップコンピュータにおいて含まれるようなマウスタッチパッド及び手持ち式電子デバイスのカバーを含む。「光学タッチスクリーン」という用語は、取りわけ、予想された光の強度と検出された光の強度の間の差に基づいてタッチを検出するスクリーンを含む光ベースのタッチスクリーンを指すために一般的な名称として使用し、検出される光の強度は、予想された光の強度よりも大きいか又は小さい場合がある。
解説の明瞭さを期すために、本明細書を通して「エミッタ」という用語は、取りわけ、発光ダイオード（ＬＥＤ）及び表示面の上に光を向けるレンズ又は反射器の中に光を出力する光ファイバ又は管状導光体の出力端部を含む発光要素を指すために一般的な名称として使用する。「レシーバ」という用語は、取りわけ、フォトダイオード（ＰＤ）及び表示面を横切った光ビームを受け取ってそれらを光検出要素又は画像センサに誘導する光ファイバ又は管状導光体の入力端部を含む光検出要素を指すために一般的な名称として使用し、画像センサは、取りわけ、電荷結合デバイス（ＣＣＤ）又は相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）画像センサである。
タッチ検出の元にある一般原理は、スクリーン上に置かれた時に指のような物体がトランスミッタとレシーバの間の光の結合を変えることである。信号がどのように変わったか、及びどのトランスミッタ及びレシーバが影響を受けているかを判断することによって指の位置を計算する。一度に１つずつトランスミッタにパルスを与えることによってどのトランスミッタが所定のレシーバに光を送ったかを判断する。タッチ検出に必要な情報は、指がスクリーンに触れているか否かを示す信号及びどこにタッチが位置するかを示す信号である。
本発明の実施形態によるタッチスクリーン検出チャンネルの略示図である図５を参照する。図５に示すように、各トランスミッタと各レシーバの間には、信号を伝達するチャンネルがある。チャンネル信号は、チャンネルを通過するタッチがあるか又はないかを示している。以下に説明するように、複数のタッチが同時に発生した時に、信号もチャンネルにおけるタッチの数を符号化する。この場合を一般的に「マルチタッチ」と呼ぶ。２つのタイプのチャンネル、すなわち、
Ａ．指がトランスミッタとレシーバの間で信号を起動するチャンネル、及び
Ｂ．指がトランスミッタとレシーバの間で信号を遮断するチャンネル、
が存在する。
チャンネルＡに対して、０に近い低い信号は、タッチなしを示し、高い信号はタッチを示している。チャンネルＡは、チャンネルＡ’まで延び、それによってチャンネル当たり１つよりも多いタッチが検出される。チャンネルＡ’に対して、高い信号値が、タッチの数に対応する異なるレベルで発生し、チャンネルに追加された各タッチにより、信号が１ステップ増大する。
チャンネルＢに対して、高い信号は、タッチなしを示し、０に近い低い信号は、タッチを示している。チャンネルＢは、チャンネルＢ’まで延び、それによって信号値が複数の範囲又はステップに分割される。チャンネル内の各々の追加のタッチにより、信号が１ステップ減少する。
図６〜図８は、スクリーンを覆う検出チャンネルの異なる向きを示している。本発明の実施形態によるタッチスクリーンシステムにおいて、スクリーン軸線に沿う向きの光ビームの略示図である図６を参照する。図６は、スクリーン６３５の幅に沿った検出チャンネル１００を示している。各チャンネルは、スクリーン６３５の１つの縁部でエミッタ２００で始まり、スクリーン６３５の反対の縁部でそれぞれのレシーバ３００で終了する。
本発明の実施形態によるタッチスクリーンシステムにおいてファンのようにスクリーンにわたって広がった光ビームの略示図である図７を参照する。図７は、スクリーンにわたってファンのように広がった検出チャンネル１００を示している。チャンネルの全ては、スクリーンの１つのコーナの単一のエミッタ２００で始まり、各チャンネルは、スクリーンの反対の縁部でそれぞれのレシーバ３００で終了する。
本発明の実施形態による円形又は円弧状検出ゾーンを生成するスクリーン縁部に沿って配分された組合せトランスミッタ−レシーバ要素の略示図である図８を参照する。図８（ａ）は、スクリーン６３５上の円形領域１９４〜１９６として検出チャンネルを示している。各検出チャンネルは、光１９４〜１９６の円弧を発して光の円弧に挿入された物体の反射を検出するエミッタ−レシーバ要素２３１〜２３３により生成される。検出は、図８（ｂ）に示されており、円弧１９４に挿入された物体９００は、エミッタ−レシーバ要素２３１へ光ビーム１９７を反射する。
本発明の実施形態により、光は、第１のスクリーン縁部に沿った位置に光ファイバ導光体４０１により案内される、互いに近くに位置決めされた複数のエミッタを含むタッチスクリーンの一部分の図である図９を参照する。タッチスクリーンの一部分は、互いに近くに位置決めされた複数のレシーバ３０１〜３０５も含み、光は、光ファイバ導光体４０２によりそこまで第２のスクリーン縁部に沿った位置から案内される。
本発明の実施形態により、光ベースのタッチスクリーンは、取りわけ、赤外光又は近赤外光発光ダイオード（ＬＥＤ）を含む１つ又はそれよりも多くのエミッタ、及び、取りわけ、タッチスクリーン又はタッチ面を取り囲む周囲に沿って配置されたフォトダイオード（ＰＤ）を含む複数のレシーバを含む。エミッタは、スクリーン面と実質的に平行な光を投影し、この光は、レシーバにより検出される。
一部の実施形態において、投影光は、スクリーン面の上方の空気を通じて伝達される。
スクリーンの一部分の上に置かれた指又はスタイラスのようなポインタは、光ビームの一部を遮断し、相応に、レシーバの一部は、光の強度の減少を検出する。他の実施形態において、投影光は、スクリーン面の上方の光透過層を通して伝達される。投影光は、内部全反射のためにこの層を出ることなくスクリーンを横切って移動する。この層に触れる指又はスタイラスのようなポインタは、光ビームの一部を吸収及び／又は散乱させ、相応に、レシーバの一部は、光の強度の減少を検出する。
これらの実施形態の各々では、エミッタ及びレシーバの位置の幾何学形状及び検出された光の強度により、ポインタのスクリーン座標が決まる。エミッタ及びレシーバは、コントローラにより選択的に起動及び停止されるように制御される。一般的に、各エミッタ及びレシーバは、Ｉ／Ｏコネクタを有し、どのエミッタ及びどのレシーバを起動するかを指定する信号が送信される。
本発明の実施形態において、複数のエミッタが、矩形スクリーンの２つの隣接した側に沿って配置され、複数のレシーバが、他の２つの隣辺に沿って配置される。この点に関して、本発明の実施形態による１６個のエミッタ２００及び１６個のレシーバ３００を有するタッチスクリーン８００の図である図１０をここで参照する。エミッタ２００は、タッチスクリーンの上側部分にわたって赤外光又は近赤外光ビームを放出し、赤外光又は近赤外光ビームは、それぞれのエミッタ２００の真反対にある対応するレシーバ３００により検出される。ポインタがタッチスクリーン８００に接触した時に、ポインタは、ビームの一部を遮断することにより、又は上述したようにビームの一部を吸収及び／又は散乱させることにより、レシーバ３００の一部に到達する光量を低減する。レシーバ出力から、どの光ビームがポインタにより遮断又は低減されたかを識別することにより、ポインタの位置を判断することができる。
本発明の実施形態による同時にスクリーンに触れる２つのポインタ９０１及び９０２の検出を示す図１０のタッチスクリーン８００の図である図１１〜図１３をここで参照する。２つ又はそれよりも多くのポインタが同時にスクリーンに接触した時に、これを「マルチタッチ」と呼ぶ。スクリーンに触れているポインタ９０１及び９０２は、光がレシーバ３００の一部に到達するのを妨げる。本発明の実施形態により、ポインタ９０１及び９０の位置は、ポインタが遮断する赤外光ビームの交差した線から判断される。これとは対照的に、従来技術の抵抗ベースのタッチスクリーンかつキャパシタンスベースのタッチスクリーンは、一般的に、マルチタッチを検出することができない。
２つ又はそれよりも多くのポインタが共通の水平又は垂直の軸線に沿って同時にスクリーン８００に触れる時に、ポインタの位置は、遮断されるレシーバ３００により判断される。図１１のポインタ９０１及び９０２は、共通の縦軸に沿って位置合せされ、タッチスクリーン８００の下縁部に沿って実質的に同じレシーバ３００、すなわち、ａ、ｂ、ｃ、及びｄと記述されたレシーバを遮断する。タッチスクリーン８００の左縁部に沿って、２つの異なる組のレシーバ３００が遮断される。ポインタ９０１は、ｅ及びｆと記述されたレシーバを遮断し、ポインタ９０２は、ｇ及びｈと記述されたレシーバを遮断する。２つのポインタは、従って、２つの位置にあると判断される。ポインタ９０１は、レシーバａ〜ｄ及びレシーバｅ及びｆから遮断された光ビームの交差点に位置するスクリーン座標を有し、ポインタ９０２は、レシーバａ〜ｄ及びレシーバｇ及びｈから遮断された光ビームの交差点に位置するスクリーン座標を有する。
図１２に示すポインタ９０１及び９０２及び１３は、共通の水平又は垂直の軸線に沿っては位置合せされず、異なる水平位置及び異なる垂直位置を有する。遮断されたレシーバａ〜ｈから、ポインタ９０１及び９０２が互いにはす向かいにあると判断される。図８に示すように、それぞれ、タッチスクリーン８００の右上及び左下が触れられているか、又は図１３に示すように、それぞれ、タッチスクリーン８００の右下及び左上が触れられている。
内部全反射を使用する光ベースのタッチスクリーンに対して、図１２と図１３を区別することは、散乱光による光検出の増加を解析することによって解決される。この解析に関して、図１２２を参照して以下で詳細に説明する。
対角的に向けられたマルチタッチ位置の判断に対して、エミッタ及びレシーバのシフト位置合せ式配列を参照して、及び４本の軸線に沿って向けられた光ビームを参照して更に以下に説明する。不明瞭なマルチタッチを解決する付加的な方法に対して、本明細書で以下に説明するＡＳＩＣコントローラにより可能にされる高速走査周波数を参照して説明する。
本発明の実施形態による２つの指の滑り移動を検出するタッチスクリーン８００の図である図１４及び図１５をここで参照する。図１４及び図１５に示す２つの指の滑り移動は、ポインタ９０１及び９０２を互いに近づける斜めのつまみ動作である。滑りの方向は、レシーバ３００が遮断される変化から判断される。図１４及び図１８に示すように、遮断されるレシーバは、ａ及びｂからレシーバ３００までより右寄りに、ｃ及びｄからレシーバ３００までより左寄りに変化している。同様に、遮断されるレシーバは、ｅ及びｆからレシーバまでより下寄りに、ｇ及びｈからレシーバ３００までより上寄りに変化している。反対方向での２つの指の滑り、すなわち、ポインタ９０１及び９０２を更に離す広がり、すなわち、逆つまみ動作に対して、遮断されたレシーバは、双方向に変化する。
ポインタ９０１及び９０２が共通の垂直又は水平軸線に沿って位置合せされた時に、２つの指の滑りパターンを識別する際には曖昧性がない。ポインタ９０１及び９０２が共通の垂直又は水平軸線において位置合せされない時に、図１４及び１５に示すように、滑りパターンを識別する際に曖昧性がある可能性がある。このような曖昧性の場合に、及び図１２及び１３を参照して本明細書で上述したように、図１４と図１５の区別は、図１２２を参照して以下で詳細に説明するように、散乱光による光検出の増加を解析することによって解決される。
本発明の実施形態による図１０のタッチスクリーン８００の回路図である図１６を参照する。エミッタ及びレシーバは、コントローラ（図示せず）によって制御される。エミッタは、スイッチＡからそれぞれの信号ＬＥＤ００〜ＬＥＤ１５を受け取って、ＶＲＯＷ及びＶＣＯＬから電流遮断器Ｂを通じて電流を受電する。レシーバは、シフトレジスタ７３０からそれぞれの信号ＰＤ００〜ＰＤ１５を受け取る。レシーバ出力は、信号ＰＤＲＯＷ及びＰＤＣＯＬを通じてコントローラに送られる。コントローラ、スイッチＡ、及び電流遮断器Ｂの作動は、現在は米国特許第８，３３９，３７９号明細書である本出願人の現在特許出願中の出願である２００９年２月１５日出願の「光ベースのタッチスクリーン」という名称の米国特許出願出願番号第１２／３７１，６０９号明細書に説明されており、この特許の内容は、引用により本明細書に組み込まれている。
本発明の実施形態により、エミッタは、第１のシリアルインタフェースを通じて制御され、第１のシリアルインタフェースは、シフトレジスタ７２０にバイナリ文字列を送信する。２進数文字列の各ビットは、エミッタの１つに対応し、かつ対応するエミッタを起動するか又は停止するかを示し、ビット値「１」は起動を示し、ビット値「０」は停止を示す。連続したエミッタは、シフトレジスタ７２０内のビット列を移動することによって起動及び停止される。
同様に、レシーバは、第２のシリアルインタフェースを通じて制御され、第２のシリアルインタフェースは、シフトレジスタ７３０にバイナリ文字列を送信する。連続したレシーバは、シフトレジスタ７３０内のビット列を移動することによって起動及び停止される。シフトレジスタ７２０及び７３０の作動は、先に参照した米国特許出願出願番号第１２／３７１，６０９号明細書に説明されている。
本発明の実施形態による光ベースのタッチスクリーンシステムの略示図である図１７を参照する。エミッタ２００によって放出された光の第１の部分は、ディスプレイを覆うカバーガラスの上方の空気を通じて誘導される。エミッタ２００によって放出された光の第２の部分は、カバーガラスに誘導される。光の第２の部分は、内部全反射によって案内される。小さい赤外光透過フレーム４０７は、スクリーンの両側に位置決めされたエミッタ２００とレシーバの間に光ビームの第１の部分を反射するためにディスプレイを取り囲んでいる。指又はスタイラスのようなポインタが特定の区域９０５でカバーガラスに接触した時に、エミッタ２００によって生成された１つ又はそれよりも多くの光ビームが遮断され、具体的には、ビームの第１の部分は、指により遮断され、ビームの第２の部分は、指により少なくとも部分的に吸収される。遮断された光ビームは、レシーバの１つ又はそれよりも多くによって受け取られた光の対応する減少により検出され、これは、ポインタの位置を判断するのに使用される。
本発明の実施形態による図１７のタッチスクリーンの略示断面図である図１８を参照する。図１８では、ＬＣＤディスプレイ６３５、カバーガラス６４６、及び周囲の赤外光透過フレーム４０７の断面Ａ−Ａの断面図が示されている。断面図は、フレーム４０７の切取り部４０８によって反射されて表示面の上に平行に実質的に誘導される光１００を放出するエミッタ２００を示している。断面図は、ディスプレイ面にわたって、カバーガラス６４６において内部反射される出射光１０３も示している。指９００がカバーガラス６４６に近づく時に、エミッタによって放出され、かつニアタッチ位置の上に向けられた光１０１の一部は、指により遮断され、光１０２の一部は、指先とカバーガラスの間を通過する。検出された光の低減は、指がカバーガラスに近づく時は実質的に線形である。光１０３の内部反射された部分は、近づいている指によって影響されない。指９００がディスプレイ面に接触した時に、エミッタによって放出され、かつタッチ位置の上方の空気を通じて誘導された光の全て、例えば、ビーム１０１及び１０２は、指９００により遮断される。更に、内部反射光１０３の有意な部分は、指により吸収及び／又は散乱され、指がカバーガラスに接触した時に検出される光の量の急落が発生する。これは、いつ接触が最初に行われたかに関する表示になる。
タッチスクリーンシステム構成第１
本発明の実施形態によるタッチスクリーンシステムがスクリーンに触れる指先の正確な位置を判断することを可能にするエミッタ、レシーバ、及び光学要素の配置の略示図である図１９を参照する。図１９では、ミラー又は光学レンズ４００、エミッタ２００、幅広反射光ビーム１０５、ポインタ９００、及びレシーバ３００が示されている。ミラー又は光学レンズ４００は、第２のミラー又は光学レンズによってレシーバ３００上にフォーカスされる幅広光ビームを生成する。幅広ビームにより、ポインタが幅広ビームの一部を遮断した時に、レシーバ３００で検出される光の量のアナログ変化を感知することができる。一部の実施形態において、ミラー又は光学レンズ４００は、ビーム幅１０５に沿ってほぼ均一な強度で光を配分する。従って、指先が幅広ビーム１０５を横切った時に、ビーム量の増加を遮断し、遮断された光の量は、ビームの遮断された部分の幅に線形に比例する。指先は、指先が少なくとも２つの隣接した幅広ビームにより検出されるように各幅広ビームよりも僅かに幅広である。隣接したビームでの検出信号を補間することによって指の正確な位置を判断する。幅広ビーム１０５がスクリーン８００の上方の空気を通じて誘導されるシステムは、図１９のポインタ９００は、幅広ビーム１０５の一部のみを遮断する。ビーム１０５がスクリーン８００の上方に置かれたカバーガラスを通じて内部全反射によって誘導されるシステムは、ポインタ９００がカバーガラスに接触した時に、幅広ビーム１０５の一部を吸収及び／又は散乱させる。指先の正確な検出を可能にすることに加えて、幅広ビームは、互いに遠く離してエミッタを装着し、かつ互いに遠く離してレシーバを装着することを可能にする。その結果、必要とするエミッタ及びレシーバの個数を低減することによって材料費が軽減される。
本発明の実施形態によるタッチスクリーンシステムが取りわけスタイラスを含むセンサ要素よりも小さいポインタを検出することを可能にするエミッタ、レシーバ、及び光学要素の配置の略示図である図２０を参照する。図２０には、ミラー又は光学レンズ４００、エミッタ２００、幅広反射光ビーム１０５、ポインタ９００、及びレシーバ３００が示されている。ミラー又は光学レンズ４００は、第２のミラー又は光学レンズによってレシーバ３００上にフォーカスされる幅広光ビームを生成する。幅広ビームにより、ビームがディスプレイの上方の空気を通るビーム経路を直接に遮断することにより、又はカバーガラスを通じて内部全反射によってビームが案内されるビームの一部を吸収することによってポインタ９００が幅広ビームの一部を遮断した時に、レシーバ３００で検出された光の量のアナログ変化の感知が可能である。カバーガラスを使用する吸収に対して、構成第６を参照して以下で詳細に説明する。ポインタ９００は、図２０に示すように、ポインタ９００の先端により遮断されたビーム１０６によって示された幅広ビーム１０５の一部のみを遮断する。一部の実施形態において、ミラー又は光学レンズ４００は、ビーム幅１０５に沿って徐々に変化する強度で光を配分し、縁部の弱い信号は、中心で最大の強度まで線形に増強する。従って、スタイラスが幅広ビームを横切って移動する時に、異なる量のビームを遮断し、遮断される光の量は、ビームの幅の範囲のスタイラスの位置に依存する。１つの軸線に沿った２つのエミッタ−レシーバ対からのビームが重なり合ってスタイラスに対して２つの検出信号が得られる図３０及び図３１を参照してこのような実施形態を以下に説明する。その結果、スタイラスがビームの右半分にあるか又は左半分にあるかの判断が可能である。幅広ビームにより、互いに遠く離してエミッタを装着し、かつ互いに遠く離してレシーバを装着することも可能である。その結果、必要とするエミッタ及びレシーバの個数を低減することによって材料費が軽減される。
幅広ビームなしでは、一般的に未検出で進むビーム間に空間が存在し、それによってビームにわたって微細な点のスタイラスをドラッグしているユーザと微細な点のスタイラスで異なるビーム上でタッピングしているユーザとを区別することが不可能になる。更に、大きく離間した幅狭ビームがあると、ポインタタッチは、幅狭ビームを横切って移動するために非常に正確でなければならない。
本発明の実施形態により幅広光ビームがスクリーンを覆うタッチスクリーンの略示図である図２１を参照する。幅広ビームを使用するタッチスクリーンシステムは、本出願人の特許米国特許仮出願である２０１０年３月２４日出願の「幅広ビームトランスミッタ及びレシーバを有する光学タッチスクリーン」という名称の米国特許出願出願番号第６１／３１７，２５５号明細書に説明されており、この特許の内容は、引用により本明細書に組み込まれている。
図２１に示すエミッタ及びレシーバは、比較的大きく離間している。一般的に、エミッタは、同時に起動されない。代わりに、それらは、連続して起動され、それらの光ビームのカバレージ区域は実質的に接続される。
図２１は、タッチスクリーン又はタッチ面８００を有するタッチシステムの上面図及び側面図を示している。タッチシステムには、面が表示スクリーンを含むか否かに関わらず、面に対するタッチ感応機能性がある。更に、物理面は必要なく、光ビームを空気を通じて投影することができ、光ビームを中断する空中のポインタの位置を検出することができる。代替的な実施形態において、カバーガラスが、内部全反射によって光を案内するのに使用され、タッチは、内部反射光の一部を吸収する。カバーガラスを使用する吸収に対して、構成第６を参照して以下で詳細に説明する。
図２１には、エミッタ２００、反射器４３７及び４３８、及び計算ユニット７７０に結合したレシーバ３００も示されている。エミッタ２００及びレシーバ３００は、スクリーン８００の下に位置決めされる。エミッタ２００は、スクリーン８００の下で反射器４３７上へ光の円弧１４２を投影する。エミッタ２００と反射器４３７の間の距離は、円弧が反射器４３７で幅広ビームに広がるのに十分である。本発明の様々な実施形態において、エミッタ２００と反射器４３７の間の距離は、取りわけ、幅広ビームの幅、所要のタッチ分解能、エミッタ特性、及び反射器光学特性を含むファクタにより、ほぼ４ｍｍ、１０ｍｍ、２０ｍｍ、又はそれよりも大きいとすることができる。
反射器４３７は、スクリーン面の帯を横切る幅広ビーム１４４として光を平行化する。
上述したように、指タッチのためのシステムは、ビームの幅にわたって均一に光を配分させることが有利であり、一方、スタイラスタッチのためのシステムは、ビームの幅にわたって異なる強度で光を配分させることが有利である。それにも関わらず、ビームの幅に沿って異なる強度で光を配分するシステムは、ビームにわたる強度分布が既知である場合は遮断されるビームの部分に基づいて指タッチ位置を正確に判断することができる。幅広ビーム１４４は、反射器４３８に到達し、反射器４３８は、（ｉ）スクリーン８００の下方に光ビームを向け直し、かつ（ｉｉ）円弧１４３に幅広ビーム１４４を狭める。従って、幅広ビーム１４４は、スクリーン８００の面の下方ではレシーバ３００の１つの面の上へ収束する。レシーバ３００の各々により検出された光の強度は、計算ユニット７７０に通信される。
図２１の構成は、幅広光ビームがスクリーン面全体を覆い、従って、スクリーン上での位置を問わずタッチ感応機能性が可能であるという点で有利である。更に、タッチスクリーンの材料の費用が軽減され、その理由は、必要とするエミッタ及びレシーバ構成要素が比較的少ないからである。
タッチスクリーンシステム構成第２
構成２〜６では、正確にタッチ位置を識別するために複数のエミッタ−レシーバ対を使用する。本明細書で上述した構成の一部では、エミッタ及びレシーバの対向する列があり、各エミッタは、それぞれのレシーバの反対側にある。構成２及び３では、エミッタは、レシーバとシフト位置合せされる。例えば、各エミッタは、２つの対向するレシーバの間に中間点の反対側に位置決めすることができる。代替的に、各エミッタは、反対のレシーバと軸外位置合せすることができるが、２つのレシーバ間の中間点の反対側にあるわけではない。
本発明の態様は、２種類の平行化レンズ、すなわち、（ｉ）従来の平行化レンズ及び（ｉｉ）複数の幅広発散ビームを形成するために光を屈折させるマイクロレンズの面に結合した平行化レンズを使用する。光源が従来の平行化レンズの焦点に位置決めされた時に、レンズは、取りわけ、図１９〜２１に示すように実質的に平行なビームで光を出力する。
光源が従来の平行化レンズとその焦点の間に位置決めされた時に、レンズは、幅広ビームを出力し、外縁は、取りわけ図２７〜３０に示すように互いと平行ではない。
本発明の実施形態によるレシーバと協働する平行化レンズの略示図である図２２を参照する。図２２には、（Ａ）平坦透明ガラス５２４を通じて光ビーム１９０を透過する光エミッタ２００が示されている。ビーム１９０は、ガラスにより不変である。
図２２には、（Ｂ）平行化レンズ５２５の焦点に位置決めされたエミッタも示されている。ビーム１９０は、レンズ５２５により平行化される。
図２２には、（Ｃ）平行化レンズ５２５とレンズの焦点の間に位置決めされたエミッタ２００も示されている。ビーム１９０は、レンズ５２５により部分的に平行化される。すなわち、出力幅広ビームは、完全には平行ではない。
本発明の実施形態によるレシーバと協働する平行化レンズの略示図である図２３を参照する。図２３に、平坦透明ガラス５２４を通じて伝達された実質的に平行な光ビーム１９１が示されている。ビーム１９１は、ガラスにより不変である。
図２３には、（Ｂ）平行化レンズ５２５の焦点に位置決めされたレシーバ３００も示されている。ビーム１９１は、平行化レンズ５２５によってレシーバ３００上へ屈折する。
図２３には、（Ｃ）平行化レンズ５２５とレンズの焦点の間に位置決めされたレシーバ３００も示されている。ビーム１９０は、レンズ５２５により平行化されるが、レシーバ３００がレンズ焦点にないので、ビームは、その上に収束しない。
エミッタ又はレシーバから離れる方向に向いたマイクロレンズの外面に結合した平行化レンズは、２つのステージで光を透過する。光がレンズの本体を通過すると、光ビームは、従来の平行化レンズの場合と同様に平行化される。しかし、光がマイクロレンズの面を通過すると、光は、取りわけ、図３４、図３５、及び図３７〜図３９に示すように複数の幅広発散ビームに屈折する。図３８及び図３９では、マイクロレンズ面４４４を有する平行化レンズ４３９及び４４０が示されている。図３８では、光エミッタ２０１及び２０２は、平行化レンズ４３９及び４４０の焦点距離に位置決めされ、エミッタからの幅広光ビームは、レンズ４３９及び４４０に入るように示されている。光は、従来の平行化レンズの場合と同様に、レンズを通過すると平行化される。平行化された光がマイクロレンズ面４４４を通過した時に、複数の幅広発散ビームに屈折し、そのうちの３つが図３８に示されている。図３９では、レシーバ３０１及び３０２は、平行化レンズの焦点距離に位置決めされ、光ビームは、マイクロレンズ面４４４を通じてレンズ４３９及び４４０に入るように示されている。入射ビームは、レンズ本体の内側で幅広発散ビームに屈折する。屈折ビームは、ビームをレシーバ３０１及び３０２上へ集中させるフレンズ４３９及び４４０の平行化部分により誘導される。
本発明の実施形態によるエミッタに向いたマイクロレンズの面を有する平行化レンズの略示図である図２４を参照する。図２４は、（Ａ）エミッタ２００に向いた面上にエッチングされたマイクロレンズを有する平坦ガラス５２６を示している。光ビーム１９０は、様々な角度でガラス５２６に入る。各入口点で、マイクロレンズは、幅広円弧１９２に入射ビームを屈折させる。線１８３は、ガラス５２６へのビームの進入角によってどのように各円弧の中心が異なる方向に向けられたかを示している。
図２４は、（Ｂ）エミッタ２００に向いた面上にエッチングされたマイクロレンズを有する平行化レンズ５２７を示している。レンズの焦点は、マイクロレンズなしで判断され、エミッタ２００は、その点に位置決めされる。光ビーム１９０は、様々な角度で平行化レンズ５２７に入る。各入口点で、マイクロレンズは、幅広円弧１９２に入射ビームを屈折させる。線１８４は、平行化レンズ５２７へのビームの進入角に関わらず、各円弧の中心がどのように同じ方向に向けられたかを示している。このタイプのレンズを「多方向平行化レンズ」と呼び、その理由は、平行ビームでない光の円弧を出力するが、円弧の全ては実質的に均一に誘導されるからである。
図２４は、（Ｃ）同じ平行化レンズ５２７も示すが、エミッタ２００は、レンズと焦点の間に位置決めされる。出力円弧１９２は、線１８５により表示される（Ａ）の円弧と（Ｂ）の円弧の方向の間の方向に向けられる。
本発明の実施形態によるレシーバに向いたマイクロレンズの面を有する平行化レンズの略示図である図２５を参照する。図２５は、（Ａ）レシーバ３００に向いた面上にエッチングされたマイクロレンズを有する平坦ガラス５２６を示している。光ビーム１９１は、平行ビームとしてガラス５２６に入るように示されている。各入口点で、マイクロレンズは、幅広円弧１９２にビームを屈折させる。線１８６は、各円弧の中心がどのように同じ方向に向けられたかを示している。円弧は、レシーバ３００に収束しない。
図２５は、（Ｂ）レシーバ３００に向いた面上にエッチングされたマイクロレンズを有する多方向平行化レンズ５２７を示している。レンズの焦点は、マイクロレンズなしで判断され、レシーバ３００は、その点に位置決めされる。光ビーム１９１は、実質的に平行なビームとしてレンズ５２７に入る。各入口点で、マイクロレンズは、幅広円弧１９２に入射ビームを屈折させる。線１８７は、各円弧の中心がレシーバ３００に向けてどのように向けられたかを示している。
図２５は、（Ｃ）同じレンズ５２７も示すが、レシーバ３００は、レンズと焦点の間に位置決めされる。
本明細書を通して使用する時に「平行化レンズ」という用語は、多方向平行化レンズを含む。
本発明の実施形態による幅広ビームタッチスクリーンを有する電子デバイスの略示図である図２６を参照する。図２６では、２つのエミッタ２０１及び２０２と３つのレシーバ３０１、３０２、及び３０３とを有する電子デバイス８２６が示されており、エミッタ及びレシーバは、ディスプレイ６３６の両縁部に沿って置かれる。レシーバ３０１、３０２、及び３０３の各々で検出された光の強度は、計算ユニット７７０に通信される。各エミッタ及びレシーバは、それぞれ４４１、４４２、４４３、４３９、及び４４０と記述されたそれぞれの主レンズを使用する。エミッタ及びレシーバは、エミッタによって放出されてエミッタレンズにより向け直された光が確実にレシーバ上へ対向するレンズにより反対に向けられるようにするために同じレンズ構成を使用する。
各エミッタからの光ビームがその２つの両側のレシーバレンズをカバーすることが望ましい。レンズとレンズの焦点の間に各エミッタを位置決めすることによってこのような条件がもたらされる。従って、エミッタは、焦点が合っておらず、従って、光は、レンズにより平行化されるのではなく広がる。各レシーバは、同様に、レンズとレンズの焦点の間に位置決めされる。
本発明の実施形態による２つのレシーバにより検出された１つのエミッタからの重なり合う光ビームを示す図２６の電子デバイス８２６の図である図２７を参照する。図２７では、エミッタ２０１からの２つの幅広光ビームが示されており、それぞれ、その一方は、レシーバ３０１で検出され、他方は、レシーバ３０２で検出される。一方のビームの左右の側は、それぞれ、１４５及び１４６と記述され、他方のビームの左右の側は、それぞれ、１４７及び１４８と記述されている。図２７の斜線域は、タッチが両方の幅広ビームの一部を遮断するディスプレイ６３６上の区域を示している。従って、この区域内のタッチは、２つのエミッタ−レシーバ対、すなわち、２０１〜３０１及び２０１〜３０２により検出される。タッチは、ビームがディスプレイの上方の空気を通るビーム経路を直接に遮断することにより、又はカバーガラスを通じて内部全反射によってビームが案内された場合にビームの一部を吸収することによって両方の幅広ビームの一部を遮断する。カバーガラスを使用する吸収に対して、構成第７を参照して以下で詳細に説明する。
本発明の実施形態による１つのレシーバにより検出された１つのエミッタからの重なり合う光ビームを示す図２６の電子デバイス８２６の図である図２８を参照する。図２８では、両方共にレシーバ３０２で検出される一方はエミッタ２０１から、他方はエミッタ２０２からの幅広ビームが示されている。一方のビームの左右の側は、それぞれ、１４５及び１４６と記述され、他方のビームの左右の側は、それぞれ、１４７及び１４８と記述されている。図２８の斜線域は、タッチが両方の幅広ビームの一部を遮断するディスプレイ６３６上の区域を示している。従って、この区域内のタッチは、２つのエミッタ−レシーバ対、すなわち、２０１〜３０２及び２０２〜３０２により検出される。
本発明の実施形態によりスクリーン上の点が少なくとも２つのエミッタ−レシーバ対により検出されることを示す図２６の電子デバイス８２６の図である図２９をここで参照する。図２９は、図２７及び２８の幅広ビームを示し、かつディスプレイ６３６上の影付きの楔におけるタッチが少なくとも２つのエミッタ−レシーバ対により検出されることを示している。２つのエミッタ−レシーバ対は、図２７の場合と同様に、２つのレシーバと１つのエミッタ、又は図２８の場合と同様に、１つのレシーバと２つのエミッタである。より具体的には、エミッタの列の近くで発生するタッチは、一般的に前者により検出され、検出器の列の近くで発生するタッチは、一般的に後者により検出される。同様に配置されたエミッタ、レンズ、及びレシーバでスクリーンを取り囲むことにより、どの点でも同様に２つのエミッタ−レシーバ対により検出することができる。
本発明の実施形態による光信号の強度分布を示す幅広ビームタッチスクリーンの略示図である図３０を参照する。図３０では、レンズ４３９へエミッタ２０１によって放出された広角光ビームが示されている。光ビームは、ディスプレイ６３６上を横切って実質的にレンズ４４１及び４４２に及ぶ。光は、レシーバ３０１及び３０２で検出される。
図３０では、検出された光の強度のグラフが示されている。全体的な検出された光は、グラフでは影付きの区域に対応する。スクリーンに触れる物体は、この光の一部を遮断する。スクリーンに触れる物体が幅広ビームを左から右に横切った場合に、遮断された光の量が増加し、相応に、物体がビームの左縁部からビームの中心に進む時に全体的な検出された光は減少する。同様に、遮断された光の量は減少し、相応に、物体がビームの中心からビームの右縁部に進歩する時に全体的な検出された光は増加する。
光ビームの縁部で検出される光の強度は、厳密に正であり、従って、これらの縁部でタッチが検出されることを保証することに注意されたい。
本発明の実施形態による２つのエミッタからの重なり合う光信号の強度分布を示す幅広ビームタッチスクリーンの略示図である図３１を参照する。図３１は、エミッタ２０１及び２０２から検出された光を示している。ディスプレイ６３６上のタッチ点９８０がこれらのエミッタからの光を遮断する方法は異なっている。区域９７３は、タッチ点９８０によるエミッタ２０１からの光の減衰を示し、区域９７３及び９７４の結合は、点９８０によるエミッタ２０２からの光の減衰に対応する。２つのエミッタ−レシーバ対２０１〜３０２及び２０２〜３０２における光減衰を比較することによって正確なタッチ座標を判断する。
本発明の実施形態による１つのエミッタからの２組の重なり合う光信号の強度分布を示す幅広ビームタッチスクリーンの略示図である図３２を参照する。図３２に示すように、タッチ点９８０は、エミッタ−レシーバ対２０１〜３０１及びエミッタ−レシーバ対２０１〜３０２により検出された区域の内側にある。区域９７５として示すレシーバ３０２での光信号の減衰は、区域９７６として示すレシーバ３０１での減衰よりも大きい。２つのエミッタ−レシーバ対２０１〜３０１及び２０１〜３０２における光減衰を比較することにより、正確なタッチ座標を判断する。
タッチ点９８０の位置を判断するには、エミッタが位置決めされた縁部に平行な軸線、例えば、ｘ軸に沿ったかつ縁部に垂直な軸線、例えば、ｙ軸に沿った位置を判断することが必要である。本発明の実施形態において、大体のｙ座標がまず判断され、次に、このようにして判断されたｙ座標を有する点の予想された減衰値に基づいて及び実際の減衰値に基づいて正確なｘ座標を判断する。このようにして判断されたｘ座標は、正確なｙ座標を判断するのに使用される。停止、移動中に関わらず、タッチ点９８０がスクリーンに触れている場合に、タッチ点の前回のｘ及びｙ座標が、その後のｘ座標及びｙ座標に近似値として使用される。代替的に、１つの前回の座標のみが、第１のその後の座標を計算するのに使用され、第２のその後の座標は、第１のその後の座標に基づいて計算される。代替的に、前回の座標は、使用されない。
本発明の実施形態によるマイクロレンズパターンを有していないエミッタ及びレシーバレンズを有する幅広ビームタッチスクリーンの略示図である図３３を参照する。図３３では、ディスプレイ６３６、エミッタ２０１及び２０２、対応するエミッタレンズ４３９及び４４０、レシーバ３０１、３０２、及び３０３、及び対応するレシーバレンズ４４１、４４２、及び４４３を有する電子デバイス８２６が示されている。２つの光ビーム１５１及び１５２は、それぞれのエミッタ２０１及び２０２から、レンズ４４２の外縁に位置する点９７７に到着する。ビーム１５１及び１５２が異なる入射角で点９７７に近づくので、レシーバ３０２に収束しない。具体的には、光ビーム１５２はレシーバ３０２に到着し、光ビーム１５１は、レシーバ３０２に到着しない。
この非収束を改善するために、マイクロレンズの微細なパターンは、レンズの面に沿った多くの点でレシーバレンズと一体化される。マイクロレンズは、各マイクロレンズに到着する光の一部がレシーバに到達するように入射光を配分する。この点に関して、本発明の実施形態によるマイクロレンズパターンを有するエミッタ及びレシーバレンズを有する幅広ビームタッチスクリーンの略示図である図３４及び図３５を参照する。図３４は、入射ビーム１５１が位置９７７でマイクロレンズにより角度θにわたって広がり、従って、ビームの一部がレシーバ３０２に到達することを保証することを示している。図３５は、入射ビーム１５２が位置９７７で同じマイクロレンズにより角度ψにわたって広がり、従って、このビームの一部もレシーバ３０２に到達することを保証することを示している。
各レシーバレンズに沿って多くの位置でマイクロレンズを配置することにより、異なる角度から位置に入る光ビームは、全て、レシーバにより検出される。検出された光の強度は、レシーバに結合した計算ユニット７７０に通信される。
本発明の実施形態によるマイクロレンズパターンを有していないエミッタ及びレシーバレンズを有する幅広ビームタッチスクリーンの略示図である図３６を参照する。図３６では、ディスプレイ６３６、エミッタ２０１及び２０２、対応するエミッタレンズ４３９及び４４０、レシーバ３０１、３０２、及び３０３、及び対応するレシーバレンズ４４１、４４２、及び４４３を有する電子デバイス８２６が示されている。エミッタ２０１によって放出されてそれぞれのレシーバ３０１により検出される２つの光ビーム及び３０２は、タッチ点９８０の正確な位置を判断するために望ましい。しかし、レンズ４３９は、マイクロレンズパターンがなければ、点９８０を横切るビームをレシーバ３０１まで屈折させることができない。すなわち、図３６を参照すると、レンズ４３９は、図示のようにビーム１５３を屈折させることができない。点９８０を横切る１５４として示されたビームのみが検出される。
この検出上の問題を改善するために、マイクロレンズは、レンズの面に沿って多くの点でエミッタレンズと一体化される。マイクロレンズは、光の一部が望ましいレシーバに到達するように出射光を配分する。この点に関して、本発明の実施形態によるマイクロレンズパターンを有するエミッタ及びレシーバレンズを有する幅広ビームタッチスクリーンの略示図である図３７を参照する。図３７は、マイクロレンズ位置９８２から出る光の一部が複数のレシーバに到達することを示している。従って、点９８０でのタッチは、レシーバ３０１及び３０２により検出される。点９８０を通過するビームは、異なる位置９８１及び９８２でマイクロレンズによって生成されることに図３６及び３７から気付くであろう。図３６及び図３７のレシーバにより検出された光の強度値は、計算ユニット７７０に通信される。
エミッタ及びレシーバレンズと一体化したマイクロレンズパターンは、従って、検出される多くの重なり合う光ビームを生成する。タッチスクリーン上の各点は、同じエミッタレンズ上であることができる複数のマイクロレンズからの複数の光ビームにより横切られる。マイクロレンズは、複数の光ビームが望ましいレシーバに到達することを保証する。
本発明の実施形態によるマイクロレンズパターン４４４が一体化されたそれぞれのレンズ４３９及び４４０を有する２つのエミッタ２０１及び２０２の略示図である図３８を参照されたい。本発明の実施形態によるマイクロレンズパターン４４４が一体化されたレンズ４３９及び４４０を有する２つのレシーバ３０１及び３０２の略示図である図３９も参照されたい。
光ビームが内部全反射によってカバーガラスを通じてスクリーンにわたって案内された時に、構成第７を参照して以下に説明するように、レンズは、ユーザに露出されていない。しかし、光ビームが空気を通じてスクリーンの上方に向けられた時に、レンズの最外面がユーザに見え、目に見える面が滑らかに見えるためには、これらの露出面上にマイクロレンズを有することは美観が劣る可能性がある。更に、最外面は、スクラッチングの影響を受けやすく、かつ埃及び汚れが溜まりやすく、これは、マイクロレンズの性能を劣化させる可能性がある。従って、本発明の実施形態において、マイクロレンズは、図４０、図４１、及び図４４で以下に示すように、ユーザに露出されない面上に一体化される。これらのレンズは、空気を通過するビームに対して特定の利点を有するが、図４０、図４１、及び図４４に説明するレンズはまた、カバーガラスに接続され、光ビームが内部全反射によってカバーガラスを通じてスクリーンにわたって案内される時に使用することができる。
本発明の実施形態によるディスプレイと外側ケーシングとを有する電子デバイスとの関連における単一ユニット導光体の側面図の略示図である図４０を参照する。図４０では、表示スクリーン６３７、スクリーン６３７の上方の外側ケーシング８２７、及びスクリーン６３７の下方のエミッタ２００を有する電子デバイスの一部分の切り欠き図が示されている。導光体４５０は、光ビーム１００を受け取って、検出されるようにそれがスクリーン６３７の面を横切って移動するようにスクリーン６３７の上方に反射する。導光体４５０は、スクリーン６３７の面の上方に光ビーム１００を投影する内部反射面４５１及び４５２を含む。導光体４５０の部分４４５は、受け取られる時に光ビーム１００を平行化する主レンズとして機能する。太線で表示されたエミッタ２００に向く部分４４５の面は、マイクロレンズのパターンがその上にエッチングされる。従って、マイクロレンズは、ユーザには見えず、かつ損傷及び汚れから保護される。
部分４４５の面は、エミッタ２００からの入射光ビーム１００を散乱させるフェザーパターンを有する。反射面４５１及び４５２は、光ビーム１００を反射する。反射面４５１は、凹面であり、反射面４５２は、入射光ビーム１００に対して４５°の角度で向けられた平坦な反射器である。
光ビーム１００は、平面４５３を通じて導光体４５０を出る。面４５４は、外側ケーシング８２７に導光体４５０を接続する役目をする。面４５４は、タッチシステムによって使用される有効光ビームの平面の上方に位置し、かつ美観上斜めになっている。
面４５２の反射特性上、埃及び汚れが面４５２で溜まらないことが必要であり、かつ取りわけ金属又はプラスチックで製造することができる外側ケーシング８２７は、面４５２と接触しないことが必要である。そうでなければ、面４５２の反射率が損なわれる可能性がある。従って、外側ケーシング８２７は、面４５２の上方に置かれ、従って、面４５２が埃及び汚れ及び外側ケーシング８２７から保護され、外側ケーシング８２７は、面４５２と面一ではなく、そのために、ケーシング材料は、面４５２に触れない。入射光ビームに対して４５°の角度で平坦な反射器である面４５２は、ディスプレイ６３７の上面の上方に位置決めされる。従って、導光体４５０のためにディスプレイ６３７の上方であるデバイス高さＨ３は、面４５２の高さＨ１＋外側ケーシング８２７の厚みＨ２を含む。
受光側で、４５０と類似の導光体は、スクリーン６３７の上に伝達される光ビーム１００を受け取って、対応する１つ又はそれよりも多くのレシーバ上へ誘導するのに使用される。従って、光ビームは面４５３で導光体４５０に入って、面４５２により、次に、面４５１により向け直され、部分４４５のマイクロレンズパターン化された面を通じて出て、１つ又はそれよりも多くのレシーバに至る。受光側で、部分４４５の面は、本明細書で上述したように光ビームを散乱させるパターンを有する。
本発明の実施形態による面上にフェザーパターンが適用されたレンズの２つの異なる角度からの側面図の略示図である図４１を参照する。図４１では、内部反射部分４５６、内部平行化レンズ４５７、及びエッチングされたマイクロレンズ４５８を有する導光体４５５が示されている。レンズ４５７で導光体４５５に入る光ビーム１０１は、光ビーム１０５として面４５９を通じて導光体を出る。
スクリーンを横切ったビームを受け取る類似の導光体が、レシーバ上へフォーカスするのに使用される。この場合に、光ビームは、面で４５９に入って、内部の反射部分４５６によりスクリーン面の下方に反射され、平行化レンズ４５７によってレシーバに再びフォーカスされて、マイクロレンズにより４５８を再配分される。一般的に、同じレンズ及びマイクロレンズが、光ビームが発光側に誘導されるのとは逆に受光側に誘導されるように、エミッタ及び検出器と共に使用される。
平行化レンズ４５７は、図４１の下側部分に示すように丸い下縁部を有する。エミッタ側で適切に入射光を屈折させるためにマイクロレンズ４５８は、図４１の底部及び図４２に示すように、ファンとして広がるフェザーパターンで形成される。
本発明の実施形態による幅広ビームタッチスクリーンの一部分の略示図である図４２を参照する。フェザーパターン４６０は、レンズ４６１の面に適用されるように示されている。類似の隣接レンズは、幅広ビーム１５８を放出するエミッタ２００に関連している。
本発明の実施形態によるレンズ上にエッチングされたマイクロレンズを出入りする光ビームの略示図の上面図である図４３を参照する。実質的に平行化された光ビーム１０１は、図４３では、マイクロレンズ４６２に入って、各マイクロレンズが幅広角度にわたって幅広ビームを広げる光源として作用するように光ビーム１０２に屈折するように示されている。
タッチスクリーンシステム構成第３
いくつかの問題点が構成第２でのマイクロレンズの製造において生じる。１つの問題点は、マイクロレンズのファン形フェザーパターンを正確に形成することが困難である点である。代替的に、ファン／フェザーパターンの代わりに、互いと平行に配置されたマイクロレンズを使用することが望ましい。
第２の問題点は、構成第２で導光体を製造するのに使用されるモールドに関する。図４０を参照すると、エミッタ２００に向いた部分４４５の外面は、部分４４５の前面が導光体４５０の直線的な後面の一部と平行であるように垂直であることが望ましい。しかし、正確に平行な面を製造することは困難である。更に、導光体４５０が仮に底部の方が幅広である場合に、モールドから簡単には取り外せない。従って、２つの面は一般的に楔を形成し、エミッタ２００に向いた部分４４５の面は完全には垂直でない。これを補償するために、マイクロレンズは、入射光ビームの平面に垂直であるように配置される。
第３の問題点は、最適性能が得られるようにマイクロレンズを対応するエミッタ又はレシーバに対して正確に位置決めするという制約である。このような位置決めの公差は低い。従って、正確に位置決めすることができるように導光体の部分４４５を分離し、かつアセンブリ中に必要とされる場合があるように、又は電子デバイスの損傷に対して移動に対する堅牢性が得られるように、導光体の残りの一部に対してより大きい公差を可能にすることが望ましい。
構成第３は、図４４〜図４６及び図５４に示すように、これら及び他の問題点を克服するのに供される。
本発明の実施形態によるディスプレイ６３７及び外側ケーシング８２７を有する電子デバイスとの関連における２ユニット導光体の側面図の略示図である図４４を参照する。図４４では、図４０の類似の構成が示されているが、導光体４５０は、上側部分４６３及び下側部分４６４に分割される。マイクロレンズは、下側部分４６４の上面４６６に位置する。従って、マイクロレンズは、導光体４６４の平行化レンズ部分に埋め込まれない。
構成第２では、平行化レンズの湾曲した形のために、その上にエッチングされたマイクロレンズについてはファン／フェザーパターンが必要であった。これとは対照的に、構成第３では、マイクロレンズは、矩形面４６６上にエッチングされ、かつ平行列として配置される。「管状構成」として本明細書で呼ぶこのような平行構成は図４６に示されている。具体的には、図４６では、平行した一連のマイクロレンズ４６７が、導光体４６４の上面に沿って示されている。
構成第３の長所は、モールドが導光体４６４の上側部分から浮き上がる１つの平面であるから、導光体の平坦な上面をできるだけスクリーン面とほぼ平行に成形することができるという点である。更に、構成第３では、位置決めの公差が低い要件を有するのは導光体の一部４６４だけである。部分４６３の方が、高い公差を有し、その理由は、面は、要素の焦点に置かれていないからである。
図４４に示すように、エミッタ２００によって放出された光ビーム１００は、面４６５で導光体ユニット４６４に入り、反射面４５１によって反射され、面４６６を通じて導光体ユニット４６３に入る。導光体ユニット４６３の内側で、光ビーム１００は、面４５２によって反射され、ディスプレイ６３７の上に面４５３を通じて出る。
図４４は、ディスプレイ６３７の上の導光体によって追加された高さＨ３が、内部反射面４５２の高さＨ１及び外側ケーシング８２７の厚みの高さＨ２の合計を含むことを示している。
本発明の実施形態によるＰＣＢ７００及び外側ケーシング８２７を有するデバイスとの関連における導光体ユニット４６３及び４６４の図である図４５を参照する。導光体ユニット４６４の上面上の管状パターンは、微細なパターンである。このパターンが正しく光ビームを配分するために、導光体４６４は、それぞれのＬＥＤ又はＰＤに対して正確に置かれる。これとは対照的に、導光体ユニット４６３は、平坦な反射面を有し、従って、このような精密配置は必要ではない。図４５は、導光体ユニット４６３及び４６４の相対的な位置決めを示している。それらの位置合せは、距離５２３により表され、最大１ｍｍまでの公差を有する。距離５２２は、導光体ユニット間の高さを表している。
本発明の実施形態による図４５の導光体ユニット４６３及び４６４の上面図である図４６を参照する。管状パターン４６７は、導光体ユニット４６４の上面に現れる。
タッチスクリーンシステム構成第４
構成第２及び第３は、図３１、図３２、図３６、及び図３７の小さいタッチ区域９８０の検出に関する。このようなタッチ区域の大きさの一般的な使用事例は、スタイラス入力である。しかし、予想された使用により、指先の区域のような比較的大きいタッチ区域が生成される時に、正確なタッチ位置は、構成第２及び第３に使用されるマイクロレンズなしで判断することができる。
本発明の実施形態による指タッチを検出する光ベースのタッチスクリーンのためのシフト位置合せ式エミッタ及び検出器の略示図である図４７を参照する。図４７は、指タッチに関するシステムを示している。エミッタ２１０からの光は、レンズ４４１及び４４２に及ぶ幅広ビームにわたって均一に配分される。均一な配分を除いて、図４７のシステムは、図３０のシステムと同じである。
本発明の実施形態による図４７のスクリーン上の指タッチ検出の略示図である図４８を参照する。図４８は、２つの検出チャンネル２０１〜３０１及び２０１〜３０２により検出される大きいタッチ物体９８０を示している。エミッタ２０１からの光は、エミッタ２０１からのビームの左半分が検出器３０１に到達し、エミッタ２０１からのビームの右半分が検出器３０２に到達するように実質的に平行化される。各チャンネルのかなりの部分が、ポインタ９８０により遮断される。各検出器から遮断される光量は、部分９７５及び９７６ように示されている。これらの２つの量を補間することによって遮断ポインタ９８０の中心を判断する。更に、隣接光ビーム２０１〜３０１及び２０１〜３０２がタッチを検出するので、ポインタ９８０は、これらの２つのビームの境界にある。従って、ポインタ９８０の左端は、遮断されるビーム２０１〜３０１の部分に基づいて判断される。同様に、ポインタ９８０の右端は、遮断されるビーム２０１〜３０２の部分に基づいて判断される。従って、ポインタにより覆われたセグメント又は２次元では区域が判断される。
タッチスクリーンシステム構成第５
構成第５は、ディスプレイの上方の導光体の高さを低減する反射導光体及びレンズを使用する。構成第５の反射導光体及びレンズは、構成第２のフェザーパターンレンズと、構成第３の管状パターンレンズと、構成第４の平行化レンズと、同じく構成第６の交替する反射ファセットとの使用に適している。多くの電子デバイスは、デバイスの縁部と面一にあるディスプレイの面で設計される。これは、美観上の特徴であることが多く、従って、光ベースのタッチスクリーンを電子デバイスに一体化する時に、隆起した縁を最小化又は排除することが望ましい。視認性が劣る突き出た縁の結果として、デバイスの外面がより滑らかでより面一のものとなっている。
更に、光ベースのタッチスクリーンでは、隆起した縁が、ディスプレイの縁部を超えてディスプレイ周りの幅を占有する。多くの電子デバイスは、継目なくデバイスの縁部まで延びるディスプレイの面で設計される。これは、美観上の特徴であることが多く、従って、光ベースのタッチスクリーンを電子デバイスに一体化する時に、ディスプレイの継目なしの拡張部のように見えるように反射性隆起縁を設計することが望ましい。
構成第５では、ベゼル高さを低減してディスプレイ縁部とデバイスの外部境界の間の継目なしの遷移部をもたらすことにより、光ビームがタッチ面の上方の空気の上に投影される時にこれらの目的をもたらしており、従って、美観上の設計がより魅力的なものとなっている。構成第５の導光体は、長形の丸い縁部を有する外側ケーシングと一体化され、従って、鋭角及び直線的な面が抑制される。
構成第５では、２つの有効ミラー面、すなわち、入射光を折り返して焦点位置にフォーカスする放物線状反射面、及び焦点位置から光を集めてスクリーンにわたって光をビームに平行化する楕円形屈折面を使用する。
本発明の実施形態による電子デバイス内の導光体の側面図の略示図である図４９を参照する。図４９では、外側ケーシング８２８とディスプレイ６３７間の導光体４６８が示されている。エミッタ２００から光ビームは、面４４５を通じて導光体４６８に入る。マイクロレンズのフェザーパターンは、光ビーム１００を散乱させるために面４４５の下側部分に存在する。光ビーム１００は、凹面内部反射面４６９により、及び放物線状反射面４７０によって反射されて、楕円形屈折面４７１を通じて導光体４６８を出る。楕円形屈折面４７１は、ディスプレイ６３７の面と平行な平面で光ビーム１００の少なくとも一部を向け直す。光ビーム１００は、レシーバ３００上へビームを誘導する類似の導光体により、ディスプレイ６３７の他端で受け取られる。レシーバ３００により検出された光の強度は、計算ユニット７７０に通信される。
本発明の実施形態による電子デバイスの一部分、及び光ビームを折り返す少なくとも２つの有効面を有する導光体の上側部分の側面切り欠き図の略示図である図５０を参照する。図５０では、導光体４７２の上側部分が示されている。面４７３は、放物線又は準放物線の一部であり、又は代替的に焦線４７５を有する自由な形である。焦線４７５及び面４７３及び４７４は、ディスプレイ６３７の縁に沿って延びる。面４７４は、楕円又は準楕円の一部であり、又は代替的に焦線４７５を有する自由な形である。
エミッタ側で、光ビームは、導光体に入り、放物線状ミラー４７３は、導光体の内側の焦点にビームを反射する。楕円形の屈折レンズ４７４は、放物線状ミラー４７３と同じ焦点を有する。楕円形レンズ４７４は、焦点からの光をディスプレイ６３７の上に重なる平行化された光ビームに屈折させる。レシーバ側で、平行化された光ビームは、導光体に入って、楕円形のレンズ４７４により焦点に屈折する。放物線状ミラー４７３は、導光体の内側の焦点からのビームを平行化された出力ビームに反射する。
図４９の面４６９は、９０°上方に光ビーム１００を折り返す。面４６９は、放物線の一部として形成される。本発明の一実施形態において、面４６９は、完全に垂直ではなく僅かに傾斜している入力面４４５による及び単一の点より幅広な光源による収差に対して補正される。
面４６９及び４７０は、内部反射で光ビームを折り返す。従って、これらの面は、汚れ及び引っ掻きから保護する必要がある。図５０では、面４７３は、外側ケーシング８２９により保護される。導光体４７２の下側部分（ここでは図示）は、電子デバイスの奥にあり、従って、保護される。
構成第５を用いると、反射面４７３の実質的に全ては、ディスプレイ６３７の上面の下方に位置する。従って、この構成では、タッチ面の上方の空気を通じて光ビームを投影する時に、電子デバイスへの高さの追加分が構成第２よりも少ない。再び図４９を参照すると、この構成において導光体により追加される高さＨ３’は、ほぼ外側ケーシングの厚みＨ２であり、これは、構成第２の対応する高さＨ３よりも小さい。更に、図４０の面４７１及び図５０の面４７４の凸面形状は、図４０の垂直な面４５３よりユーザには汚れを除去しやすい。従って、ユーザは、ディスプレイ６３７及び面４７１上に蓄積する場合がある埃及び汚れを簡単に拭き取ることができる。構成第５では、図４０の面４５４が不要であり、その理由は、外側ケーシング８２８が面４７１の上方にあるのではなく面４７１の高さと面一であるからであることに注意されたい。
図４９の面４７１の凸面形状により、ベゼルは、突出しているが、図４０の垂直な面４５３ほどは見えないものになる。
一部の電子デバイスは、デバイスの４つの縁部まで延びる平坦な板ガラスで覆われている。ガラスの下側はデバイス縁部の近くでは黒く塗られ、ディスプレイは、ガラス中心の透明な矩形窓越しに見られる。このようなデバイスの例には、カリフォルニア州クパチーノ所在のアップル・インコーポレーテッドから作られるＩＰＨＯＮＥ（登録商標）、ＩＰＯＤ ＴＯＵＣＨ（登録商標）、及びＩＰＡＤ（登録商標）、更には、様々なモデルのフラットパネルコンピュータモニタ及びテレビがある。一部の場合には、本明細書に説明する様々なタッチスクリーンを取り囲む導光体は、（ａ）導光体がスクリーンガラスとは別のユニットであり、その境界が目立ち、かつ（ｂ）導光体がスクリーンの下方に延び、従って、たとえ導光体の下側が黒色に塗られても、導光体の底部とスクリーンガラス間の高さの差が目立つために美的センスがないと見られる可能性がある。本発明の態様は、この問題を解決するために、２ユニット導光体を使用している。
１つのこのような実施形態において、導光体の上側ユニットは、スクリーンガラスと統合される。この点に関して、本発明の実施形態によるディスプレイを覆う保護ガラスの一体部分として形成された透明な光学タッチ導光体の断面の略示図である図５１を参照する。保護ガラス６３８下側の昼光フィルタシート６３９は、黒色の塗料の代わりに、光ビーム１００を遮断することなく、ディスプレイ６３７の縁部を隠す役目をする。導光体４７６は、楕円形外面４７８及び放物線状内面４７７を有し、かつ外側ケーシング８３０で円滑に統合される。光ビーム１００は、図５０の場合と同様に導光体４７６を通過する。
一部の場合には、一体型反射レンズを有する保護ガラスカバーを製造する費用は、高くなる可能性がある。従って、本発明の代替的な実施形態において、黒色の物体は、導光体の上下ユニットの間に置かれる。黒色の物体の高さは、電子デバイス内で、保護ガラス下側上の黒色塗料の高さと位置合せされる。この点に関して、図５２は、本発明の実施形態によるスクリーンの縁部を隠すようになった図５０の電子デバイス及び導光体の略示図である図５２を参照する。図５２では、ディスプレイ６３７の上に重なる、保護ガラス６４０下側上の黒色の塗料、又は昼光フィルタシート６４１が示されている。黒色のプラスチック要素４８２は、保護ガラス６４０の縁部がユーザには認識することができないように、黒色の塗料／昼光フィルタシート６４１と位置合せされる。黒色のプラスチック要素４８２は、光ビーム１００が通過することを可能にするために赤外光を透過する。
本発明の実施形態によるエミッタ２００の反対側からディスプレイ６３７の上方まで延びる単一ユニットである導光体の略示図である図５３を参照する。外側ケーシング８３２の一部は、導光体４８３の上部と面一であるように示されている。導光体４８３の下側部分は、エミッタ２００から到着する光ビームを散乱させるマイクロレンズ４８４のフェザーパターンを有する。受光側で、光ビームは、導光体４８３と類似の導光体の底部を通じてレシーバに向けて出る。同じフェザーパターン４８４は、レシーバに向かう途中で光ビームを配分する。
本発明の実施形態による２ユニット導光体の略示図である図５４を参照する。図５４では、上側ユニット４８５及び下側ユニット４８６を有する導光体が示されている。外側ケーシング８３２の一部は、導光体４８３の上部と面一である。ディスプレイ６３７は、導光体ユニット４８５の右寄りとして示されている。導光体ユニット４８６の上面は、エミッタ２００から到着する光ビームを配分するマイクロレンズ４８７の管状パターンを有する。受光側で、光ビームは、図５４に示す導光体と類似の導光体の底部を通じてレシーバに向けて出る。同じフェザーパターン４８７が、レシーバに向かう途中で光ビームを配分する。
図４０及び図４９を参照して上述したように、管状パターン４８７を有する導光体ユニット４８６の位置決めには高い精度が必要であり、一方、導光体ユニット４８５の位置決めにはこのような精度は不要である。光ビームに及ぼす管状パターン４８７の効果は、それぞれのエミッタ又はレシーバに対するその正確な配置に依存する。導光体ユニット４８５内の有効面の方が、主に自己内蔵型であるので公差が大きく、すなわち、光ビームは、共に、図５０の焦線４７５のような内焦線の上でフォーカスされる。
エミッタの配置及びデバイススクリーンの下のレシーバ及び各エミッタ又はレシーバの反対側の平行化反射要素の配置により、デバイスの厚みに制限が課せられることに注意されたい。第１の制限は、デバイスの厚みが少なくともスクリーン厚み及びエミッタ又はレシーバ厚みの合計であることである。第２の制限は、スクリーンの上方に反射される光を適切に平行化するために、エミッタの反対側の反射要素又はレシーバが、取りわけ図４１及び４２に示すように凸面「スマイル」形状に湾曲していることである。凸面の形状により、デバイスの全厚が増加する。
タブレット及び電子ブックリーダーの設計者は、できるだけ細い形状因子をもたらすように奮闘している。従って、本発明の実施形態により、レシーバ及び平行化レンズは、スクリーンの下に置かれるのではなく、スクリーンを取り囲む境界の内側に置かれる。これは、特にデバイスを保持するスクリーン以外の境界区域が提供されるタブレット及び電子ブックリーダーには達成可能である。
本発明の実施形態によるユーザによって保持されるタッチスクリーンデバイスの略示図である図５５を参照する。図５５では、タッチスクリーン８００が手９３０によって保持されるフレーム８４０によって取り囲まれたデバイス８２６が示されている。
本発明の実施形態により幅広光ビームがスクリーンを覆うタッチスクリーンの略示図である図５６を参照する。図５６は、タブレット又は電子ブックリーダーのような電子デバイスとの関連においてタッチスクリーン８００を有するタッチシステムの上面図及び側面図を示している。図５６は、各々が空隙５５５よって分離された光を平行化する１対のレンズ５５０及び５５１に結合したエミッタ２００及びレシーバ３００も示している。側面図は、タッチスクリーン８００を取り囲むデバイスケーシング８２７及びフレーム８４９を示している。フレーム８４９は、ユーザがデバイスを保持する把持部になり、かつ要素２００、３００、５５０、及び５５１を包み込むのに十分に広い。
光は、中実レンズよりも効率的に複数の空気−プラスチックインタフェースを使用して短距離にわたって平行化される。エミッタ、レシーバ、及びレンズは、タッチスクリーン８００の面と実質的に共面である。レンズ５００及び５５１の場合は、光がスクリーンの平面に沿ってのみ投影されるという事実のために、デバイスの高さに沿ったレンズ５００及び５５１の平坦な非湾曲プロフィールは、図４１及び３８のレンズのプロフィールよりも低い。デバイス形状因子に追加される唯一の高さは、タッチスクリーン８００の上方では、スクリーンにわたって光を誘導するベゼル又はレンズ５５１の高さである。マイクロレンズパターンが、例えば、重なり合うビームを生成するために使用される場合に、マイクロレンズパターンを含む第３のレンズが追加される。代替的に、マイクロレンズパターンを２つのレンズ５００及び５５１の一方に形成することができる。
本発明の実施形態によるデバイスとの関連において導光体のそれぞれの略示側面図側、上面図、及び底面図である図５７〜図５９を参照する。図５７は、ディスプレイ６３５及びディスプレイ６３５と実質的に共面である横向きのエミッタ２００を示す側面図である。マルチレンズアセンブリは、ディスプレイ６３５の上方に光を反射して、幅広ビームを出力する。図５７は、空隙５５５及び５５６よって分離された３つの断面５５０〜５５２を有するマチレンズアセンブリを示している。部分５５０及び部分５５１は、空隙５５５の下で接続され、かつディスプレイ６３５を取り囲む剛性フレームの一部を形成する。フレームは、横向きエミッタ２００又は同様の形状のレシーバに対応する空洞２２０を含む。レンズ部分５５０及び５５１は、本明細書で上述したように、協働で平行化された幅広ビームを生成する。レンズ部分５５２は、図４５及び図４６を参照して本明細書で上述したように、マイクロレンズの管状パターンを含む。図５７は、ディスプレイ６３５の上方を横切るビーム１０５の光線を示している。ＰＣＢ７００は、エミッタ２００、ディスプレイ６３５、及び導光体フレームを支持する担体を形成する。
図５８は、空隙５５５及び５５６よって分離されたレンズ部分５５０〜５５２を示す上面図である。図５８は、レンズ部分５５０及び５５１がどのように幅広光ビームを平行化するかを示すために、３つの平行化されたビーム１０５を示している。図５８は、レンズ部分５５０及び５５１によって形成された剛性フレームにレンズ部分５５２を接続する小さいコネクタ５５９も示している。従って、全ての３つの部分５５０〜５５２は、単一のプラスチック部分で形成することができる。
図５９は、３つのエミッタ２００を含むエミッタ／レシーバ空洞２２０を有するレンズ部分５００を示す底面図である。
タッチスクリーンシステム構成第６
本発明の実施形態により、構成第２及び第３を参照して本明細書で上述したように、高分解能タッチ感度が、共通の区域に及ぶ２つ又はそれよりも多くのエミッタ−レシーバ対信号を組み合わせることによって達成される。構成第６は、重複検出を行う光学要素及びレシーバの交替構成を示している。
様々な手法を使用して重なり合う検出ビームを供給することができる。１つの手法は、スクリーンにわたって僅かに異なる高さに投影される２つの別々の幅広ビームを供給することである。従って、両方のビームは、共通のスクリーン区域に関してその区域におけるタッチに向けて複数の検出信号を供給する。別の手法は、両方のビームが同時に起動された時に２つの幅広ビームの光線にインターリーブする光学要素を設けることであり、これは、回折構造体を使用して２つのビームから微細な光線をインターリーブすることにより、又は僅かに大きい織り目の交替するファセットを使用して２つの光源から０．１〜０．６ｍｍ台のビームをインターリーブすることによって達成することができる。一般的に、２つのビームは、別々に起動される。従って、それらは、共通のスクリーン区域をカバーするが、実際にはインターリーブされない。この後者の代案に対して以下に説明する。
本発明の実施形態によるエミッタ及びレシーバによって取り囲まれたタッチスクリーン８００の略示図である図６０を参照する。本発明の実施形態による３つの角度から示す反射ファセットの波状の角度パターンを有する光学要素５３０の略示図の図６１も参照する。図６１では、光学要素５３０の３つの図（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）が示されている。エミッタからの光は、重なり合う角度のある幅広ビームとして光学要素５３０に入る。図６１は、要素５３０の面５４１に向いたエミッタ２００〜２０２を示している。それぞれのエミッタ２００〜２０２からの幅広ビーム１０７〜１０９は、面５４１を通じて要素５３０に入る。図６１は、隣接エミッタ要素間の距離又はピッチも示している。
幅広ビーム１０７〜１０９の各々は、２つのピッチに及び、従って、幅広ビームは、隣接エミッタ間の区域において重なり合う。要素５３０の面５４２は、隣接エミッタに交替しながら方向付けられたファセットの波状のパターンとして形成される。図６１（ｃ）は、面５４２上の交替する影付き及び影なしのファセットを示している。エミッタ２００と２０１間の要素５３０では、エミッタ２００に向けられた影付きファセットが、エミッタ２０１に向けられた影なしファセットとインターリーブされる。エミッタ２０１と２０２間の要素５３０では、エミッタ２０２に向けられた影付きファセットが、エミッタ２０１に向けられた影なしファセットとインターリーブされる。
本発明の実施形態による２つの隣接エミッタからの光を反射、平行化、及びインターリーブする光学要素の略示図である図６２を参照する。図６２に示すように、要素５３０の各反射ファセットは、対応するエミッタからの光線を平行化し、従って、２つのエミッタからの平行化された光線がインターリーブされる。図６２は、２つの隣接エミッタ２００及び２０１から光を反射及び平行化する光学要素５３０を示している。要素５３０の交替するファセットは、これらの２つの要素にフォーカスする。平行化された光線をインターリーブすることにより、要素５３０は、重なり合う幅広ビームでスクリーンにわたって２つのエミッタからの光を平行化する。反対側のスクリーン端部の要素５３０は、それぞれのレシーバ上へ幅広ビームを誘導する。
面５４２上の各ファセットは、要素にフォーカスするように正確に傾斜している。また、各ファセットの表面積は、十分な光量が検出に向けて供給されるように構成される。
光学要素５３０の代替的な実施形態は、反射ではなく屈折を通じて入射幅広ビームを平行化及びインターリーブする。このような場合に、波状のマルチファセットの面は、光学要素５３０の入力又は出力面に位置する。反射ファセットの場合に、ファセットは、光学要素の内側の光を向け直す。
時には、例えば、電力を節約するために、タッチスクリーンを低周波数モードで作動させることが望ましい。構成第６は、正確な低周波走査モードを可能にする。本発明の実施形態により、スクリーン軸線に沿った２つの検出信号は、各タッチ位置に向けて供給される。低周波数モードでは、第１の走査中、１つ置きのエミッタ−レシーバ対が起動され、従って、１つのみのスクリーン軸線に沿って対の半分のみが起動されるが、それにも関わらず、全体のスクリーンをカバーする。第２の走査中、この軸線に沿った残りのエミッタ−レシーバ対が起動される。従って、奇数のエミッタ−レシーバ対が最初に起動され、次に、偶数のエミッタ−レシーバ対が起動され、従って、２つの完全なスクリーン走査が行われ、全てのエミッタ及びレシーバ要素にわたって均一に使用量が広げられる。電力消費量を最小限に保つために、矩形スクリーンの短い方の端部に沿ったエミッタ−レシーバ対だけが起動される。
本発明の代替的な実施形態において、スクリーンの両方の軸線が走査され、各走査された軸線により、スクリーンに関する初期タッチ情報が得られる。従って、単一の軸線の複数の走査を連続的に起動するのではなく、代替的な実施形態において、別々の軸線の走査の連続的な作動が起動される。連続４回の走査が、４つのサンプリング間隔で起動される。すなわち、（ｉ）第１のスクリーン軸線に沿ったエミッタ−レシーバ対の第１の半分が走査され、（ｉｉ）第２のスクリーン軸線に沿ったエミッタ−レシーバ対の第１の半分が起動され、（ｉｉｉ）第１のスクリーン軸線に沿ったエミッタ−レシーバ対の第２の半分が起動され、（ｉｖ）第２のスクリーン軸線に沿ったエミッタ−レシーバ対の第２の半分が起動される。
反射要素の設計
光学要素の交替する反射又は屈折ファセットの設計の目標は、エミッタからレシーバまでの線形信号勾配Ｓ（ｘ）により、補間の基盤としての良好な勾配が得られる光分布を生成することである。いくつかのパラメータが、光分布に影響を与える。
本発明の実施形態によるマルチファセット光学要素の略示図である図６３を参照する。
図６３では、以下に説明するように、光学要素の各ファセットからの光を制御するパラメータが示されている。
光の強度分布は、極角度θに３乗、すなわち、ｃｏｓ3θに従って依存する。角度θは、異なるファセットに向かう単一のエミッタ又はレシーバ要素のビーム間の距離１１０と、エミッタ又はレシーバ要素と要素５３０間の距離１１１との関数である。
ファセット幅Ｂは、容易に調節可能なパラメータである。
フレネル損失Ｆは、ビームが光学要素５３０に入った時に要素５３０の屈折率により引き起こされる反射のために失われる光量である。ブルースター角での異なる角度θ間のフレネル損失Ｆの変動は、１％未満であり、従って、取るに足らないものである。
ファセットビーム幅Ｙは、単一のファセットビームにより対象とされる全幅である。交替するファセットは、隣接ファセットが隣接エミッタ２０２上にフォーカスされる時に、エミッタ２０１からの光の間隙を生成する。各ファセットからの光は、間隙をカバーする。ファセットビーム幅Ｙは、ファセット幅Ｂ及び隣接ファセットの幅に依存する。図６３は、エミッタ２０１に向けられたファセット５４５、５４７、及び５４９、及びエミッタ２０２に向けられた隣接ファセット５４８及び５４６を一緒にカバーするそれぞれのファセットビーム幅Ｙ545、Ｙ547、及びＹ549を示している。
本発明の実施形態による９つのファセットの光分布に及ぼす反射ファセットパラメータθ、Ｙ、及びＢの効果を示す略示グラフである図６４を参照する。図６４のグラフは、実際の光分布及び基準線形関数も示している。図６４で分るように、実際の光分布信号は、ほぼ線形である。グラフのデータは、ｘ軸上の位置０に位置し、全ての態様で１の値が割り当てられる中心ファセットに基づいて正規化される。従って、ファセット幅Ｂは、グラフのではＢｎｏｒｍと記述され、ファセット幅は、中心ファセット幅に対して正規化される。一般的に、角度パラメータθで傾斜曲線が得られ、これは、図６４のｘ軸に沿った位置０と２の間にｃｏｓ３と記述されたθ曲線の平坦な部分で分るように、θの小さい値に対しては平坦である。小さなθの勾配は、パラメータＢを調節することによって増大し、これは、Ｙｆａｃｔｏｒと記述されたパラメータＹに影響を与える。完全な信号は、グラフではｓｉｇｎａｌと記述され、かつほぼ線形である。
パラメータθ、Ｂ、Ｆ、及びＹの関数としてのファセットｋの光強度は、次式：
に従って記述され、ここで、ファセットｋの照明は、中心ファセットに対するθ＝０に基づいて正規化される。
表Ｉでは、１つのエミッタ又はレシーバ要素上にフォーカスされる一連の９つのファセットの各ファセットのパラメータを説明する。表Ｉでは、ｘ−ｐｏｓは、中心ファセットからミリメートル単位の距離を示し、Ｂは、ミリメートル単位のファセット幅を示し、Ｂｎｏｒｍ は、１の幅を有する中心ファセットに基づく正規化されたファセット幅を示し、Ｙｆａｃｔｏｒは、中心ファセットビーム幅に正規化されたファセットビーム幅を示し、Ｓｉｇｎａｌは、各ファセットの正規化された信号値を示し、Ｌｉｎｅは、基準直線の信号値を示している。
（表Ｉ）
表ＩＩは、エミッタ及び隣接レシーバのような２つの隣接要素上にフォーカスされる一連の交替するファセットに対するパラメータを説明している。表ＩＩでは、ファセット番号１〜５は、エミッタ上でフォーカスされ、ファセット番号６〜９は、隣接レシーバ上にフォーカスされる。３つの値、すなわち、幅Ｂ、エミッタの中心ファセットの中心に対するｘ軸に沿った位置ｘ−ｐｏｓ、及びファセットの外縁の位置ｂｏｒｄｅｒ_ｐｏｓが、各ファセットに対して説明される。全てのファセット値は、ミリメートル単位で指定される。
（表ＩＩ）
本発明の実施形態による幅広光ビームがスクリーンを横切るタッチスクリーンの略示図である図６５を参照する。本発明の実施形態による２つの幅広光ビームがスクリーンを横切るタッチスクリーンの略示図である図６６も参照する。本発明の実施形態による３つの幅広光ビームがスクリーンを横切るタッチスクリーンの略示図である図６７も参照する。
図６５に示すように、スクリーン８００は、エミッタ及びレシーバで取り囲まれている。
幅広ビーム１６７は、エミッタ−レシーバ対２００〜３００で検出されるスクリーン８００上の幅広検出区域を表すように示されている。幅広ビーム１６７は、本明細書で上述したが図６５〜６７には示されていない要素５３０のような光学要素によって生成される。
第１の要素５３０は、エミッタ２００からの光を平行化し、第２の要素５３０は、レシーバ３００上へ幅広ビーム１６７をフォーカスする。グラフ９１０は、幅広ビーム１６７の幅にわたって検出された信号強度の勾配を示している。
図６６は、それぞれのエミッタ−レシーバ対２０１〜３０１及び２０２〜３０２により検出されたスクリーン８００上の幅広検出区域を表す隣接幅広ビーム１６８及び１６９を示している。それぞれのグラフ９１１及び９１２は、幅広ビーム１６８及び１６９の幅にわたって検出された信号強度の勾配を示している。
図６７は、図５及び６６の３つの幅広ビームを示している。図６７で分るように、ビーム１６７の左半分にはビーム１６８の半分が重なり合い、ビーム１６７の右半分にはビーム１６９の半分が重なり合う。グラフ９１０〜９１２の強度勾配は、ビーム幅１６７に沿ったあらゆる位置でのタッチが２つの重なり合う幅広ビームの２つの勾配に沿って検出されることを示している。同様に、スクリーン上のあらゆる位置のタッチは、各軸線上の２つの重なり合う幅広ビームの２つの勾配に沿って垂直軸線及び水平軸線の両方で検出される。正確なタッチ座標は、検出信号勾配に基づいて２つの信号のタッチ位置を補間することによって計算される。図６２は、２つの重なり合うビームの幅にわたる光信号減衰勾配９２０及び９２１を示している。光信号減衰勾配９２０は、エミッタ要素２００から放出されたビームに対応し、光信号減衰勾配９２１は、エミッタ要素２０１から放出されたビームに対応する。従って、ビームは、要素のすぐ上で最大の強度を有し、いずれの側にもテーパがついて消える。重なり合うビームの２つの異なる傾斜した勾配を有することは、本明細書で以下に説明するように、正確なタッチ位置を計算するのに有利である。
本発明の実施形態によるタッチスクリーン内の幅広ビームの光分布の略示グラフである図６８を参照する。図６８の下側部分は、幅広ビーム１６７にわたる経路を示し、図６８の上側部分は、この経路に沿った信号強度分布を示すグラフである。グラフのｘ軸は、ミリメートル単位の水平スクリーン寸法を表している。グラフのｙ軸は、スクリーン軸線に沿って１０ｍｍに位置するエミッタ−レシーバ対２００〜３００により検出された基線信号強度を表している。信号は、１０ｍｍのピッチに配置されたエミッタ及びレシーバ要素を有するスクリーンに対応する。従って、検出された幅広ビームは、２０ｍｍに及ぶ。グラフにおけるスパイクは、上述の光学要素５３０の交替するファセットにより引き起こされ、それによって交互に隣接要素で光線をフォーカスする。従って、スパイクは、測定されたエミッタ−レシーバ対に属するファセットに対応し、隣接トラフは、隣接エミッタ−レシーバ対に属するファセットに対応する。これらのスパイクにも関わらず、測定されたスクリーン軸線に沿った指又は別の物体の検出信号は、ビームの２０ｍｍスパン全体に沿って比較的滑らかな勾配を有し、その理由は、指が、狭いスパイク及びトラフチャンネルよりも広いからである。従って、指は、指がスクリーン軸線に沿って滑る時に、実質的に均一なままである一連のスパイクを遮断する。例えば、指先は、ほぼ６ｍｍ幅であり、一方、図６８のグラフでは１０ｍｍに８〜９つのスパイクがある。
本発明の実施形態により指先がスクリーンを横切って移動する時の３つの幅広ビームからの検出信号の略示図である図６９を参照する。図６９では、指先がスクリーン軸線に沿って３つの隣接幅広ビームを横切って移動する時の指先の３つの検出信号が示されている。信号の各々から、指が幅広ビームに入り、指がビームの小さい部分を遮断することが明らかである。指がビームの中心に向けて軸線に沿って移動する時に、予想された基線信号の６０％という最小限の検出によりグラフに示すビーム強度のほぼ４０％を遮断するまでビームを遮断する量が漸進的に多くなる。指が更に移動する時に、ビームを遮断する量は進的には減少する。検出曲線の形状は、図６８に示す光ビームのピークとトラフにも関わらず比較的滑らかである。図６９の検出曲線に沿って、少なくとも部分的にピークによる僅かな変動が存在するが、これらの変動は、最小のものであり、信号のトレンドを有意に歪曲させるものではない。
本発明の実施形態によるタッチスクリーンにおいて重なり合う幅広ビームの光分布の略示グラフである図７０〜図７２を参照する。まとめると、図６８及び図７０〜図７２は、エミッタ−レシーバ対が１０ｍｍ離間したスクリーン上の３つの隣接幅広光ビームにわたる光分布を示している。これらの図で分るように、光学要素５３０のファセットにより、２つのエミッタ−レシーバ対による重なり合うタッチ検出が行われる。図７０は、測定されたスクリーン軸線に沿った位置０に位置するエミッタ−レシーバ対からの光信号を示している。図７１は、測定されたスクリーン軸線に沿って２０ｍｍの位置に位置するエミッタ−レシーバ対からの光信号を示している。図７２は、図６８、図７０、及び図７１の３つのエミッタ−レシーバ対からの光信号を示し、かつこれらの光ビームがどのようにスクリーン面の重なり合う区域をカバーするかを示している。図６９は、指先がスクリーン軸線に沿って移動する時の図７２の３つのエミッタ−レシーバ対に対する３つの検出信号を示している。
タッチ検出信号は、微細な先端のスタイラスを使用する時に、指を使用する時ほど円滑ではない。例えば、スクリーンを横切って移動する２ｍｍのスタイラス先端の方が、生成する検出信号の変動が６ｍｍの指よりも大きく、その理由は、スタイラス先端の方が光信号内のピークに関するピーク数が少なく、従って、信号ピークを出入りすると、変化する遮断された信号の部分が増大するからである。それにも関わらず、本発明の実施形態は、複数の検出信号を補間することによってこの欠点を克服し、高いレベルの精度でスタイラスのタッチ位置を判断する。
本発明の実施形態による指先が３つの異なる位置でスクリーンを横切って移動する時の幅広ビームからの検出信号の略示グラフである図７３を参照する。図７３の底部では、幅広ビーム１６７にわたって指によりトレースされた３本の経路９２５〜９２７が示されている。経路９２５は、ＬＥＤ２００の近く、経路９２６は、スクリーン真中にあり、経路９２７は、ＰＤ３００に近い。図７３の上側部分のグラフは、指先がグラフの凡例においてそれぞれＬＥＤ端部、スクリーン真中、及びＰＤ端部と記述された３本の経路９２５〜９２７を横切って移動する時の指先の３つの検出信号を示している。グラフの３つの検出信号は、実質的に重なり合う。従って、信号は、深さに沿って均一に検出され、信号は、スクリーンの１つの軸線だけに沿ったタッチの関数として変動する。従って、第１の軸線に沿ったタッチ位置を判断することは、第２の軸線に沿った検出信号とは独立している。
更に、信号の強度は、第２の軸線に沿って均一であり、信号をロバストにする。
様々なスクリーンサイズのサポート
構成第６の一部の実施形態は、２つの隣接発光又は受光要素上にフォーカスされる２つの隣接光上でフォーカスされる交替するファセットを有する光学要素を含む。このような光学要素が光エミッタ又はレシーバとは別々である時に、エミッタ又はレシーバは、一般的に特定のピッチで離間している。このような光学要素がエミッタ又はレシーバと共に剛性モジュールとして形成された時に、内蔵型エミッタ又はレシーバは、反射ファセットに対して正確に位置決めされる。隣接モジュールに向けられたファセットは、モジュール内で同様に位置する隣接モジュールの内蔵型エミッタ又はレシーバに従って向けられる。このような位置決めにより、潜在的に、スクリーンのサイズは、ピッチの整数倍に制限される。例えば、エミッタ間に１０ｍｍのピッチに対して、スクリーン寸法は、１０ｍｍの整数倍でなければならない。以下に説明するように、本発明の態様は、この制限を克服することができる。
本発明の実施形態による４つの光学要素及び４つの隣接エミッタの略示図である図７４を参照する。図７４では、一列に配置された４つの光学要素５３１〜５３４が示されている。各要素は、エミッタ２００〜２０３のそれぞれ１つの反対側に位置決めされる。同じ構成は、レシーバに又は交替するエミッタ及びレシーバに組み込まれる。レシーバの場合に、エミッタ２００〜２０３は、レシーバに取って代わられ、また、交替するエミッタ及びレシーバの場合に、エミッタ２００及び２０２は、レシーバに取って代わられる。
光学要素５３１、５３２、及び５３４は、全て、同じ幅、例えば、１０ｍｍ、すなわち、Ｗ１＝Ｗ２＝Ｗ４である。エミッタ２００と２０１間のピッチＰ１は、標準的な距離、すなわち、１０ｍｍである。光学要素５３１のファセットは、１０ｍｍの標準的なピッチであるエミッタに対して製造される。ピッチＰ２及びＰ３は、標準以外とすることができる。デバイス製造業者が標準以外のピッチで単一エミッタを挿入することができることを可能にすることにより、製造業者は、あらゆるスクリーンサイズに対応することができる。光学要素５３３の幅Ｗ３は、標準以外のスクリーンサイズのためにカスタマイズされ、例えば、９６ｍｍのスクリーンの長さに対して、Ｗ３は、１０ｍｍではなく６ｍｍであり、ピッチＰ２及びＰ３は、それぞれ８ｍｍである。光学要素５３２は混成要素であり、要素５３２の左半分は、標準的な１０ｍｍのピッチに従って位置決めされるエミッタ２００及び２０１に向けられたファセットを有し、要素５３２の右半分は、エミッタ２０２が標準以外の配置であるエミッタ２０１及び２０２に向けられた特別のファセットを有して特殊である。光学要素５３４も、混成要素であり、その理由は、左半分がエミッタ２０２と２０３に向けられたファセットを有し、一方、右半分は２つの標準的ピッチのエミッタに向けられるからである。光学要素５３３は、一貫して標準以外であり、すなわち、それは、標準要素ほどの広さではなく、そのファセットの１つ置きをエミッタ２０２に向けさせている。この例では、エミッタ２０２からのビーム幅は、標準的な２０ｍｍの幅と比較するとほぼ１６ｍｍである。従って、エミッタ２０２は、光学要素５３３に僅かに近づけて置かれる。
回折面
本明細書で上述したように、回折面が、本発明の実施形態において共通経路に沿って２つのエミッタからのビームを誘導するのに使用される。本発明の実施形態による共通経路に沿って２つのエミッタからビームを誘導する回折面の略示図である図７５を参照する。
図７５では、２つの平行化レンズ５２５に光１０７及び１０８の円弧を放出するエミッタ２００及び２０１が示されている。幅広ビーム１６７及び１６８は、レンズ５２５を出て、屈折面５６０に入り、屈折面５６０は、スクリーンを横切る幅広ビーム１９３の中にビーム１６７及び１６８を誘導する。同様の光学的構成では、幅広ビーム１９３を反対のスクリーン端部の２つのレシーバ上に分割する。各エミッタは、それぞれの反対側のレシーバと共に別々に起動される。２つのエミッタからのビームは、本明細書で上述したように、ビーム幅１９３に沿って異なる信号勾配を有する。２つの検出信号は、本明細書で以下に示す式（２）及び（３）からタッチ位置を計算するのに使用される。
平行な重なり合うビーム
本明細書で上述したように、スクリーンにわたって僅かに異なる高さに投影される平行な幅広ビームは、本発明の代替的な実施形態において、スクリーン上のタッチイベントに向けて複数の検出信号が得られるように使用される。
交替するエミッタ及びレシーバ
本発明の代替的な実施形態において、エミッタ及びレシーバは、各スクリーン端部に沿って交互に位置決めされる。本発明の実施形態による交替するエミッタ及びレシーバで取り囲まれたタッチスクリーンの略示図である図７６を参照する。本発明の実施形態による交替するエミッタ及びレシーバで取り囲まれたタッチスクリーン及びスクリーンを横切る幅広ビームの略示図である図７７も参照する。本発明の実施形態による交替するエミッタ及びレシーバに取り囲まれたタッチスクリーン及びスクリーンを横切って移動する２つの幅広ビームの略示図である図７８も参照する。本発明の実施形態による交替するエミッタ及びレシーバで取り囲まれたタッチスクリーン及びスクリーンを横切って移動する２つの幅広ビームの略示図である図７９も参照する。図７７〜図７９は、本明細書で上述した図６５〜図６７と類似の重なり合う幅広ビームを示している。
本発明の実施形態によりエミッタ及び隣接レシーバに向けて光を反射及びインターリーブする平行化光学要素の略示図である図８０を参照する。図８０は、隣接光ビームをインターリーブする光学要素５３０を示し、第１のビームは、エミッタ２００から出射され、一方、第２のビームは、隣接レシーバ３０１に入射している。図８０は、第１のビームの信号勾配９２０及び第２のビームの信号勾配９２１も示している。タッチが両方のビームで検出された時に、本明細書で以下に説明するように、傾斜した勾配により、補間による正確なタッチ位置の判断が可能である。
図７３を参照して本明細書で上述したように、検出信号は、幅広ビーム内のタッチ位置の深さによって変化しない。従って、隣接した重なり合う幅広ビームの反対方向は、タッチ検出信号に影響を与えない。逆に、その結果、各ビームの方向を顧慮せずに、重なり合うビームから信号を補間することができる。
構成第４を参照して上述したように、指のようなタッチポインタが幅広であると予想される時に、幅広ビームは、重なり合う必要はなく、その理由は、ビームが指よりも僅かに幅広でないと仮定して指が２つの隣接ビームの少なくとも一部に及ぶと予想されるからである。更に、指は、ビームの縁部の１つで始まる各ビームの上に重なる。従って、ビームがビームの幅にわたって均一に光を配分する時でさえも、システムは、各ビームの遮断された部分を判断することができる。例えば、ビームの５０％が遮断された場合に、指は、ビームの半分を阻止しており、ビームの２５％が遮断された場合に、指は、ビームの１／４を阻止している。これは、図８０の減衰された信号勾配９２０及び９２１と異なっている。指の位置は、次に、２つ又はそれよりも多くの隣接ビームからの信号を補間することによって判断される。
マルチタッチ検出
マルチタッチ位置は、多くの場合に、２つの軸線と平行な方向において光を放出する光エミッタを通じて明瞭に識別することが困難である。本発明の実施形態による光エミッタの第１の向きに対して不明瞭であるマルチタッチ位置の図である図８１〜図８４を参照する。図８１Ａ及び図８２に示すように、対角的に向けられたマルチタッチ位置を判断する際には不明瞭さがある。マルチタッチが２つよりも多いポインタを含む場合には、更に別の不明瞭さがある。例えば、図８１及び８２に示す２タッチの場合も、図８３に示す３タッチの場合と比較して、かつ図８４に示す４タッチの場合と比較して不明瞭である。これらの場合の各々では、横列及び縦列表示ａ〜ｈは、同じ位置において光がないことを示している。このような不明瞭さは「ゴースト」により引き起こされ、「ゴースト」は、１つのポインタの影が別のポインタの一部を不明瞭にする影響を指す。
本発明の実施形態により、ゴーストは、タッチ検出に向けて２組のグリッド向きの使用により解決される。
本発明の実施形態により光エミッタの第２の向きに対して明瞭である図８１〜図８３のマルチタッチ位置の図である図８５〜図８７を参照する。図７６及び７７を参照して本明細書で上述したように、交替するエミッタ及びレシーバの構成の使用及び２組の検出軸線を生成する付加的な光学要素の使用により重要な長所が得られる。１つの利点は、高い精度でタッチ座標を判断するために複数の検出信号を補間することができるように、重なり合う幅広ビームのロバストな組を生成することである。別の長所は、第２の軸線の組上のタッチ検出も正確であるように、第２の軸線の組上で重なり合う幅広ビームを生成することである。
２ユニット導光体を図４５及び４６を参照して本明細書で先に説明した。そこで上述したように、導光体の下側部分４６４は、エミッタ及びレシーバ上にフォーカスされている反射ファセット又はレンズを含み、上側部分４６３は、エミッタ及びレシーバと比較して精密配置が必要ではない反射面及びレンズを含む。構成第６では、交替する反射又は屈折ファセットは、下側部分の一部形成する。３方向に光ビームを配分する３面の屈折空洞は、上側部分の一部として形成される。構成第６では、マイクロレンズ４６７の使用は必要ではない。代替的に、交替するファセットは、図１１２を参照して本明細書で以下に説明するように、エミッタ又はレシーバを含む透明プラスチックモジュール内に形成される。
これらのモジュールの構成は、下側部分４６４に取って代わり、上側部分４６３は残る。
本発明の実施形態による光ビームが４つの軸線に沿って誘導されるタッチスクリーンの略示図である図８８を参照する。図８８では、スクリーン８００の上縁に沿った光エミッタ２００の列及びスクリーン８００の下縁部に沿ったレシーバ３００の列が示されている。スクリーン８００の左右の縁部は、組合せ式エミッタ−レシーバ要素２３０の対向する列を含む。要素２３０は、エミッタ及びレシーバとして作用する。本発明の実施形態において、エミッタ及びレシーバは、ペンシルベニア州マルヴァーン所在のＶｉｓｈａｙ・コーポレーションから作られる反射及び透過センサのような単一ユニットに結合される。本発明の別の実施形態において、ＬＥＤが、発光及び検出の両方に使用される。ＬＥＤ及び限流抵抗器を使用して光を放出かつ検出する集積回路は、Ｄｉｅｔｚ、Ｐ．Ｈ．Ｙｅｒａｚｕｎｉｓ、Ｗ．Ｓ．及びＬｅｉｇｈ、Ｄ．Ｌ．共著「双方向ＬＥＤを使用する超低コスト感知及び通信」、ユビキタスコンピュータ国際会議（ＵｂｉＣｏｍｐ）、２００３年１０月に説明されている。
本発明の実施形態により２つのグリッド向きを有する光エミッタ及び光レシーバの交替構成の略示図である図８９を参照する。図８９では、スクリーン周囲周りでレシーバ３００との交替パターンにある光エミッタ２００が示されている。各エミッタによって放出された光は、反対のスクリーン縁部で２つのレシーバにより検出され、２つのレシーバは、その間のエミッタにより分離されている。
エミッタからの光が２つの反対のレシーバの外縁部に到着するように、各エミッタから放出された幅広ビームは、３つの光学レンズの距離に及ばなければならない。これはシフト位置合せ式エミッタ及びレシーバに関して上述した構成とは対照的にあり、その場合には、共通のエミッタから光を検出する２つのレシーバは、互いに隣接して位置決めされ、従って、各エミッタの必要性から放出された幅広ビームは、２つの光学レンズの距離に及びさえすればよい。
本発明の実施形態による交替する光エミッタ及び光レシーバの構成の略示図である図９０を参照する。図９０に示すように、エミッタ２０１は、底部スクリーン縁部に沿ってレシーバ３０３及び３０４の間に位置し、エミッタ２０２は、上部スクリーン縁部に沿ってレシーバ３０１及び３０２の間に位置する。エミッタ２０１からの光は、レシーバ３０１及び３０２によって検出され、エミッタ２０２からの光は、レシーバ３０３及び３０４によって検出される。
本発明の実施形態による２つのレシーバにより検出されたエミッタからの２つの幅広光ビームの略示図である図９１を参照する。図９１では、レンズ４４０を出て、それぞれ、レシーバ３０１及び３０２による検出に向けてレンズ４４１及び４４３に到着するエミッタ２０１からの２つの幅広ビームが示されている。一方の幅広ビームは、縁部１４５及び１４６と境界を接し、他方の幅広ビームは、縁部１４７及び１４８と境界を接している。
平行線模様の三角形区域は、タッチがレシーバ３０１及び３０２で検出される重複部分を示している。
本発明の実施形態による２つの幅広ビーム及びその間の重複区域の略示図である図９２を参照する。エミッタ２０１からの一方の幅広ビームは、レンズ４４０を出て、レシーバ３０１により検出されるようにレンズ４４１に到着する。幅広ビームは、縁部１４５及び１４６と境界を接している。エミッタ２０２からレシーバ３０３までの他方の幅広ビームは、縁部１４７及び１４８と境界を接している。平行線模様のダイヤモンド形区域は、タッチがレシーバ３０１及び３０３で検出される重複部分を示している。
従って、スクリーン上のあらゆる位置は、２つのエミッタ−検出器対により検出され、この時に、エミッタ−検出器対は向かい合ったスクリーン縁部に位置し、従って、本明細書で上述したように正確なタッチ位置を計算することができることが当業者により認められるであろう。
本発明の実施形態により光ビームを検出する縁部にあるタッチ点９００の略示図である図９３を参照する。図９３は、正確にタッチ点９８０の位置を判断するために光ビームがエミッタ及びレシーバレンズの縁部まで延びることが望ましいことを示している。
本発明の実施形態により指タッチ検出のために設計されたスクリーンにおける指サイズのタッチ点の略示図である図９４を参照する。図９４は、指タッチのような大きいタッチ点９８０及び交替するビーム２０１〜３０１、２０２〜３０２、及び２０３〜３０３を示している。検出信号は、ビームの幅に沿った均一な光分布を示す矩形の形態で各検出器の隣に示されている。ビーム２０１〜３０１及び２０２〜３０２は、ポインタ９８０により遮断された部分を有する。ポインタ９８０の位置は、ビーム２０１〜３０１及び２０２〜３０２の遮断された部分に基づいて判断される。この場合に、ビームは、きちんと平行化され、３つではなく１つのレンズだけに及ぶ。
本発明の実施形態により表示スクリーンの２つの縁部に沿ってレシーバに光を誘導する表示スクリーンの１つの縁部に沿ったエミッタの略示図である図９５を参照する。図９５では、表示スクリーンの１つの縁部のエミッタ２００から表示スクリーンの反対側の縁部に沿ってレシーバ３００及び３０１まで放出された光ビームの第１の対、及びエミッタ２００から表示スクリーンの隣接した左縁部に沿ってレシーバ３０２及び３０３まで放出された光ビームの第２の対が示されている。光ビームの第３の対（図示せず）は、表示スクリーンの隣接した右縁部でエミッタ２００からレシーバまで放出される。光ビームの第２及び第３の対の各々は、光ビームの第１の対に対してほぼ４５°の角度で向けられる。
図９５には、エミッタ２００からレンズ４３９の左寄りにほぼ４５°で向けられたレンズ４４２及び４４３まで光を屈折させるために使用されるレンズ４３９も示されている。
本発明の実施形態において、レンズ４３９は、プラスチック材料で製造され、レンズ４３９は、１．４〜１．６台の屈折率を有する。従って、光を４５°の角度で屈折させるためには、ほぼ８４°の入射角が必要がある。しかし、このような大きい入射角に対して、内部反射のために失われる光量が多い。スループットを改善するために、本明細書で上述したように、２つの空気／プラスチックインタフェースが、ほぼ４５°の屈折角をもたらすのに使用される。
３方向マイクロレンズ
本発明の実施形態によりそれぞれ実質的に平面の２面及び３面の窪んだ空洞の反復パターンを備えたレンズ面を有する３方向に光を屈折させるレンズの略示図である図９６〜図９７を参照する。エミッタ又はレシーバの反対側の平面は、図９６のエミッタ又はレシーバに対して遠位であって３面空洞を形成し、かつ図９７においてはそれに対して近位であって２つの２面空洞を分離する。
このような３面レンズは、一部の実施形態に使用される。第１の実施形態において、レンズは、隣接ビームをインターリーブする交替するファセットを有する付加的な光学要素なしに使用される。この実施形態において、幅広ビームは、スクリーンを覆うが、補間に向けて２つ又はそれよりも多くの検出信号を供給するために、必ずしも重なり合うというわけではない。この実施形態の一般的な使用事例は、スタイラス入力ではなく指入力である。３方向レンズは、マルチタッチの場合には不明瞭さ及びゴーストを排除するために４つの異なる軸線で検出を可能にする。３方向レンズでは、追加のタッチ位置情報も得られ、すなわち、２つではなく４つの軸線であり、この追加情報により、単一のタッチに対してさえも、タッチ位置の精度が増大する。
第２の実施形態において、レンズは、隣接ビームをインターリーブする交替するファセットを有する付加的な光学要素と共に、又は重なり合う検出信号が得られる交替構成と共に使用される。この実施形態において、重なり合う幅広ビームにより、補間に向けて２つ又はそれよりも多くの検出信号が得られる。この実施形態の般的な使用事例は、指及びスタイラス入力である。３方向レンズ及びインターリーブファセットを２つの異なる構成要素で形成することができる。インターリーブファセット構成要素は、３方向構成要素よりもエミッタ又はレシーバの近くに位置決めされ、その理由は、インターリーブファセット構成要素の不正確な配置のための公差は低く、一方、３方向レンズ構成要素の不正確な配置の公差は高いからである。代替的に、３方向レンズ及びインターリーブファセットは、単一の剛性構成要素で形成することができる。例えば、回折格子は、２つの光源からの信号をインターリーブし、そのうえ、３方向にビームを分割する。
図９６では、マイクロレンズ５２８のパターンが底面にあるレンズ５２７が示されている。図９６に示すマイクロレンズパターンは、３つの実質的に平面の側面を有し。各側面は、異なる方向に光を屈折させる。マイクロレンズ５２８のパターンは、レンズの上側部分の下縁部に沿って反復的な鋸歯パターンを形成する。各マイクロレンズ５２８の３つの壁は、光が意図するレシーバに向けてレンズを出る時により幅広な円弧に光を広げるために僅かに湾曲している。
平行化レンズ部分（図示せず）は、マイクロレンズ５２８に平行ビームで光を誘導するためにレンズ５２７の下に位置する。
本発明の一部の実施形態において、レンズ５２７は、２レンズ構成の一部である。レンズ５２７は、２つのレンズの上側部分を形成し、エミッタ又はレシーバの方からは遠くて、スクリーン面により近い。これとは対照的に、図４５に示す２部分レンズは、下側部分の上部にマイクロレンズパターンを有する。
交替するファセット構成要素から適切に平行化されたビームをインターリーブするために、３面空洞のピッチは、交替するファセットのピッチよりも遙かに小さい必要がある。
理想的には、空洞のピッチは、できるだけ低減されなければならない。約０．６ｍｍの交替するファセットに対して、空洞は、０．２ｍｍ又はそれよりも小さいものであるべきである。隣接した平面の各対間の上反角は、１．６の屈折率を有するプラスチックを使用して４５°の屈折をもたらすためにほぼ１２２°である。しかし、斜めの軸線の異なる組には異なる角度が望ましい場合があり、又は異なる屈折率を有するプラスチックに向けられる場合があり、その場合に、上反角は異なるものになる。
図９６に示すように、平行化された入射光は、ほぼ４５°である屈折角で現れるように、２つの空気／プラスチックインタフェースを通じて屈折される。第１のインタフェースは、マイクロレンズの内平面に沿って、ほぼ５８°である屈折角に入射光を屈折させ、第２のインタフェースは、ほぼ４５°である屈折角で現れるように光を屈折させる。
本発明の実施形態による交替するエミッタ及びレシーバで取り囲まれたタッチスクリーン及びスクリーンを横切る斜め幅広ビームの略示図である図９８〜図１００を参照する。
図９８及び図９９は、エミッタ２００及び２０１からレシーバ３００まで斜め幅広ビーム及び対応する信号勾配９１０を示している。図１００は、エミッタ２０２及び２０４からレシーバ３０２及び３０４までの斜め幅広ビーム及び対応する信号勾配９１１及び９１２を示している。これらの幅広ビームが、図９５の幅広ビーム１６７に重なり、従って、補間に向けて複数のタッチ検出が行われる。
本発明の実施形態によるタッチスクリーンにおける斜め幅広ビームにわたる光分布の略示グラフである図１０１を参照する。図１０１の下側部分は、幅広ビーム１６７及び第２の軸線システムに従ってこのビームを横切る経路９２５を示している。要素間のピッチが１単位である場合に、このビームの幅は１／√２単位である。従って、要素間のピッチが１０ｍｍである場合に、斜めの軸線に沿ったビームは、差し渡しでほぼ７ｍｍである。図１０１の上側部分は、幅広ビーム１６７にわたる光分布を示している。信号は、図６９の垂直のビームの２０ｍｍと比較して、ほぼ１４ｍｍの斜めビームに及ぶ。図６８を参照して上述したように、ビームの幅にわたる信号勾配により、正確なタッチ位置を判断するために複数の検出信号を補間することができる。
本発明の実施形態によるタッチスクリーンにおける３つの重なり合う斜め幅広ビームにわたる光分布の略示グラフである図１０２を参照する。図１０２は、第２の軸線システム（図７２と類似の）における３つの重なり合うビームにわたる信号分布を示している。異なる幅は、これらの２組のビームによって覆われる。
本発明の実施形態により指がタッチスクリーンにおいて３つの重なり合う斜め幅広ビームを横切って滑る時のタッチ検出の略示グラフである図１０３を参照する。図１０３は、３つの隣接した重なり合うビームを横切って移動する指の受光がどのように各ビームにより検出されるかに対して示している。最大検出信号は、ほぼ基線信号強度の４０％であり、これは、指がビームの中心にある時に発生する。この場合に、指は、ビームの全体的な光のほぼ６０％を遮断する。これは、図６９の同じ指により遮断される光量より大きく、すなわち、４０％である。この差は、垂直のビームより狭い斜めビームによるものである。従って、６ｍｍの指先が遮断するビームの光の部分の方が大きい。検出信号は、タッチ位置の判断向けて、実質的に滑らかかつロバストにしたものである。
本発明の実施形態により指先が３つの異なる位置でスクリーンを横切って移動する時の斜め幅広ビームからの検出信号の略示グラフである図１０４を参照する。図１０４は、タッチ検出が幅広ビームの深さに沿って安定したままであり、かつ図７３を参照して本明細書で上述したようにビームの幅にわたる位置に従ってのみ変動することを示している。
本発明の実施形態によりスクリーンを横切って移動する斜めの及び直交する幅広ビームが１つのレシーバにより検出されるように、交替するエミッタ及びレシーバで取り囲まれたタッチスクリーンの第１の実施形態の略示図である図１０５を参照する。図１０５は、各スクリーン縁部に沿った位置決めされた等しい数の要素を有する実施形態を示している。１つのレシーバ３００に対して３つのビーム１６７〜１６９、すなわち、反対側のエミッタ２００に向けられた１つのビーム及び隣接したスクリーン縁部上のエミッタ２０１及び２０２に向けられた他の２つのビームが示されている。斜めビームは、互いに垂直でない２つの軸線を生成する。
図１０６は、本発明の実施形態によりスクリーンを横切って移動する斜めの及び直交する幅広ビームが１つのレシーバにより検出されるように交替するエミッタ及びレシーバで取り囲まれたタッチスクリーンの第１の実施形態の略示図である図１０６を参照する。図１０６は、隣接したスクリーン縁部に沿った位置決めされた異なる数の要素を有する実施形態を示している。１つのレシーバ３００に対して３つのビーム１６７〜１６９、すなわち、反対側のエミッタ２００及び他の２つに向けられた１つのビーム、及び一方は反対側の縁部上にあり、他方は隣接した縁部上に位置決めされたエミッタ２０１及び２０２に実質的に４５°の角度で向けられた他の２つのビームが示されている。これらの斜めビームは、互いに垂直でない２つの軸線を生成する。
手掌拒否
スタイラスで書く時にユーザが手掌の小指の下の側に位置する小指球の筋肉をタッチスクリーンに載せた時、ゴーストが一般的に起こる。手掌のこの部分は、タッチスクリーンの広い領域を遮断し、スクリーンの縦軸に沿って一連の光ビームを遮断することが多く、従って、縦軸に沿ったスタイラスのタッチ位置が隠れる。
スタイラスで従来技術のタッチスクリーン上に書き込むユーザの略示図である図１０７を参照する。スタイラス９３１を保持し、かつタッチスクリーン８００で線９３２を引く手９３０が図１０７に示されている。ユーザの手掌はスクリーン８００に載っており、点線として示される２つの一連の光ビーム、すなわち、スクリーンの横軸に沿った連続１１３及びスクリーンの縦軸に沿った連続１１４が遮断される。縦軸上のスタイラス先端の位置は、連続１１４内にある。ビーム１１５は、スタイラスの先端を検出するが、横軸の位置が得られるに過ぎない。
本発明の態様は、図１０７に示す欠点を克服する。本発明の実施形態によりユーザの手掌がタッチスクリーンに載った時にスタイラスの位置を検出する光ビームの略示図である図１０８を参照する。２組の検出軸線、すなわち、直交する組及び斜めの組が得られることにより、スタイラスの２次元の位置を判断する。図１０８は、ビーム１１５及び１１６が固有にスタイラスを検出することを示している。各検出が本明細書で上述したように信号が補間される重なり合う幅広ビームを含むので、スタイラス位置は、ビーム１１５及び１１６が互いに垂直でないにも関わらず、高い精度で判断される。ユーザの手掌の底部が斜めビーム１１７を遮断しない時に、ビーム１１７は、手掌とは別にスタイラス位置を検出する。このような場合に、ビーム１１６及び１１７は、スタイラス位置を検出するのに使用される。代替的に、全ての３つの検出ビーム１１５〜１１７を使用することができる。
スタイラス及び指入力をサポートするタッチスクリーンで生じる別の問題点は、ユーザがスタイラスで書くためにスクリーン上に手掌を置いた時に生じ、手掌とスクリーン間の初期接触に関してアイコン上のタップであるとの誤解であり、これに応答して、デバイスは、そのアイコンが軽く叩かれた意図しないアプリケーションを起動する。手掌がスクリーンに載っていると、接触区域は、スクリーンタップとして手掌タッチを排除するのに使用される。それにも関わらず、初期接触は、スクリーンの小さい面積を覆い、従って、スクリーンタップと誤解される場合がある。
本発明の実施形態により、スクリーンの上方の光ビームは、手掌スクリーンに近づく時に手掌を検出するのに使用される。一実施形態において、ビーム１０２ではなくビーム１０１を遮断する近づく指９００を描く図１８に示すように、スクリーンの上方のいくつかの高さで各エミッタから光を投影することによってこれをもたらす。別の実施形態において、エミッタ及びレシーバの複数の層が、スクリーンの周りに配置され、ユーザ入力動作空洞、特にスクリーンの上に折り返された空洞フレームを参照して本明細書で上述したように、スクリーンの上方の異なる高さで物体を検出するのに使用される。
本発明の実施形態によりタッチスクリーンを取り囲むフレームの略示図である図１０９を参照する。図１０９は、図５５のフレーム８４９と類似のタッチスクリーンを取り囲むフレーム８４９を示している。エミッタ２００及びレシーバ３００の２つの積さ重ねられた列がフレーム内に置かれる。電子デバイスにおいてディスプレイと共に組み込まれた時に、エミッタ及びレシーバの積み重ねられた列はディスプレイの面の上方に高くなっており、２つの高さで、すなわち、エミッタ及びレシーバの下側列によりスクリーン上で、及びエミッタ及びレシーバの上側列によりスクリーンの上方で物体検出を提供する。ユーザの手掌がスクリーンに触れ始める時に、大きい手掌区域はスクリーンの上方であちこち移動しているように検出される。その結果、デバイスは、手掌がスクリーンに近づいており、かつスクリーンタップがあれば不慮のものと判断することができる。
本発明の別の実施形態において、スクリーンの上方であちこち移動する手掌を検出するエミッタ及びレシーバの１つの列のみが置かれ、スクリーン上のタッチは、取りわけ容量又は抵抗タッチセンサを含むディスプレイに課せられる従来の検出システムによって検出される。
本発明の実施形態により、ユーザインタフェースは、手掌が検出された時に、機能を起動するスクリーンタップを無効化する。手掌が検出された時に、ユーザインタフェースは、ユーザがアイコンに触れてタッチスクリーンに沿って接触した位置から離れる方向に指を滑るのに応答してアプリケーションを起動するように構成される。すなわち、２組のユーザインタフェース動作が供給される。手掌が検出されない時に、動作の第１の組が使用される。動作の第１の組で、アイコン上のタップにより、アイコンに関連のアプリケーション又は機能が起動する。手掌がスクリーンの上方であちこち移動していると検出された時に、動作の第２の組が使用される。第２の組の動作で、ユーザはアイコンに触れて、次に、アイコンに関連のアプリケーション又は機能起動するためにタッチスクリーンに沿ってタッチ位置から離れる方向に指を滑ることが必要である。このようにして、デバイスは、ユーザがスクリーン上で手掌を置いた時に、意図しないアプリケーションを起動しない。動作の第２の組は、アイコンの起動を無効化せず、それによってユーザは、そう希望する場合には、タッチ及び滑り動作により、アイコンに関連のアプリケーション又は機能を起動することができる。
コーナの周りに要素を位置させること
スクリーンコーナでは、エミッタ及びレシーバを配置するいくつかの問題点が発生する。１つの問題点は、２つのエミッタが同じ位置に各スクリーン縁部に対して１つ置かれる必要があるという点である。この問題点は、エミッタ及びレシーバ要素がスクリーン面下に位置決めされる図４４に示すレイアウトにより複雑化され、従って、これらの要素によって形成された矩形は、スクリーンを取り囲むレンズのフレームよりも小さい。この問題点克服の１つの手法は、ＰＣＢ上のほぼ同じ位置での２つのエミッタの配置であり、エミッタの一方は、ＰＣＢの上面上に置かれ、他方のエミッタは、ＰＣＢの底面上に置かれる。しかし、この手法は、コネクタ及び光学要素の位置決めに関して厄介な問題を招く。
別の問題点は、スクリーンの縁部まで重なり合うビームを延ばすことである。エミッタ及びレシーバは、スクリーンの下にあるが、タッチ検出は、スクリーンを取り囲む光学要素の内縁と境界を接した領域全体をカバーする。
本発明の態様は、本明細書で上述したように、直交及び斜めの検出軸線との使用に適切である構成を提供する。本発明の実施形態によりタッチスクリーンのコーナに関するエミッタ、レシーバ、及び光学要素の第１の実施形態の略示図である図１１０を参照する。図１１０は、エミッタ又はレシーバ要素及びそれぞれの光学要素の第１のコーナ構成を示している。レシーバ３００〜３０３及びエミッタ２００〜２０２は、２つの隣接したスクリーン縁部に沿って交替して配置される。実線は、エミッタからの光ビームを示し、破線は、レシーバに到着する光ビームを示している。エミッタ及びレシーバ３００、２００、３０２、２０２、及び３０３は、標準的なピッチに従って位置決めされ、光学要素５３０は、相応に構成される。レシーバ３０１及びエミッタ２０１は、角度形成して向けられ、幅広ビームは、ビームの半分が第１に向けて、例えば、スクリーンの縦軸に沿ってスクリーンを横切り、ビームの他方の半分は第２に向けて、例えば、スクリーンの横軸に沿ってスクリーンを横切って移動するように分割される。更に、本明細書で上述したように、ビームを分割する３面の空洞を有する第２のレンズを含む実施形態において、幅広ビームの半分は、１つのスクリーン縁部に沿って生じる第１の対の斜めのビームに分割され、ビームの他の半分は、隣接したスクリーン縁部に沿って生じる第２の対の斜めのビームに分割される。エミッタ２０１及びレシーバ３０２に向けてビームの上に重なるために混成光学要素５３１が置かれる。光学要素５３１は、「混成光学要素」と呼び、その理由は、要素の右半分は要素５３０の右半分と同じであるが、左半分上の反射又は屈折ファセットの一部は、エミッタ２０１の非標準な位置及び向きに誘導されるからである。同様に、エミッタ２００及びレシーバ３０１に向けてビームの上に重なるために混成光学要素５３２が置かれる。混成光学要素５３２の下半分は、要素５３０の左半分と類似のものである。コーナ要素５３３の両方の半分は、独特に構成され、すなわち、左半分は、エミッタ２０１及びレシーバ３０１に向けてビームを重なり合わせ、右半分は、エミッタ２０１及びレシーバ３０２に向けてビームを重なり合わせる。コーナ光学要素５３４の両方の半分も、エミッタ２００及び２０１に向けて及びレシーバ３０１に向けて独特に構成される。
本発明の実施形態によりタッチスクリーンのコーナに関するエミッタ、レシーバ、及び光学要素の第２の実施形態の略示図である図１１１を参照する。図１１１は、エミッタ又はレシーバ要素及びそれぞれの光学要素の代替コーナ構成を示している。図１１１に示す構成では、１つのエミッタ２０１が、非標準的なピッチ及び向きで置かれる。標準的な光学要素５３０は、混成光学要素５３１及び５３２及び固有のコーナ光学要素５３３と共に使用される。光学要素５３１〜５３３は、図示のエミッタ−レシーバ構成のために構成され、従って、図１１０の要素５３１〜５３３と異なっている。
一体型モジュール
一般的に、２つの焦点に向けられた交替する反射又は屈折ファセットを使用するタッチシステムに対して、アセンブリ誤差の公差は低い。エミッタ又はレシーバの配置のオフセットにより、エミッタ又はレシーバは、反射ファセットの焦点外れになり、これは、このようなシステムの精度及び性能を劣化させる可能性がある。本発明の実施形態により、所要のアセンブリ精度を保証するために、反射又は屈折ファセット、及びエミッタ又はレシーバを含む剛性モジュール式ブロックが準備される。このようなモジュール式ブロックは、タッチスクリーン構成要素を一体化する工程を簡素化し、かつ製造業者に対しては公差チェーンを最小にするのに有用である。これらのモジュール式ブロックは、タッチスクリーンのアセンブリの高速化に向けてディスプレイの縁部に沿って一列に共に簡単に位置決めされるように構成される。反射又は屈折ファセットと比較して正確に正しい位置にエミッタ又はレシーバを設ける高公差の要件は、モジュール式ブロックの製造中に処理され、従って、高精度の組立の負担がデバイス製造業者から取り除かれる。
光学要素及び電子構成要素を単一ユニットに一体化することによって製造の簡素化をもたらす。従って、複雑な面を１つの構成要素に集めることができ、従って、高いアセンブリ公差の必要性が低減される。
本発明の実施形態により赤外光を透過するプラスチック材料で製造された光学構成要素の図である図１１２を参照する。図１１２では、前向きＬＥＤ２３６及びＬＥＤ信号を処理する電子機器を含む光学要素４８８が示されている。光学要素４８８は、電気パッド７６０及び７６１に接続される。光学要素４８８は、２つのエミッタ、すなわち、エミッタ２３５及びエミッタ２３６からの平行化された光ビームを透過するのに使用される。エミッタ２３５は、隣接光学要素４８９内に含まれている。本明細書で上述した交替するエミッタ−レシーバ実施形態において、光学要素４８８は、１つのエミッタ及び１つのレシーバに向けて平行化光ビームを透過するのに使用される。例えば、隣接モジュール４８９は、エミッタ２３５の代わりにレシーバを含む。
エミッタ２３５からの光ビームは、タイトフィット面４９１を通じて光学要素４８９を出て、タイトフィット面４９０を通じて光学要素４８８に入る。図１０５は、波状のマルチファセット反射面４９３上の交替するファセットに衝突するエミッタ２３５及び２３６からの非平行光ビームを示している。構成要素４８８及び４８９は、実質的に同一ありで、かつ互いにフィットする。デバイス製造業者は、従って、ディスプレイの各縁部に沿って一連のこれらのビルディングブロックを一列に配置することによってタッチスクリーンを生成するようなビルディングブロックとしてこれらの構成要素を使用することができる。一般的な構成は、（ａ）２つの隣接したディスプレイ縁部に沿ってエミッタ構成要素が並べられ、他方の２つの縁部に沿ってレシーバ構成要素が並べられ、（ｂ）全ての４つのディスプレイ縁部に沿って交替するエミッタ／レシーバ構成要素が並べられ、すなわち、各エミッタは、隣接レシーバを有する。実際、実質的に同一形状であるエミッタ及びレシーバ構成要素を列に互いに位置決めすることができる。
光学要素４９４は、ＬＥＤ２３７が前向きではなく横向きであるという点を除き、光学要素４８８と類似のものである。図１１２は、光学要素４９４を出る平行化された光ビーム１００を示している。ピン９８９及び９９０は、プリント回路基板上で光学要素４９４を案内する。
光学要素４９５は、前から見た時の光学要素４８８である。図１１１２は、光学要素４９５を出る平行化された光ビーム１００を示している。
スクリーン面を横断する光ビームを受け取る類似の光学要素（図示せず）も置かれる。
これらの構成要素に対して、エミッタは、レシーバに取って代わられ、電気構成要素が、レシーバ信号を処理する。このような光学要素は平行化された光ビームを受け取って、２つの異なるレシーバ上へビームを誘導する。
本発明の実施形態により導光体を有するタッチスクリーンの側面図の略示図である図１１３を参照する。図１１３では、ディスプレイ６４２、光学要素４９６、光学要素４９６内のフォトダイオード３９４、光学要素４９７、及び光学要素４９７内のエミッタ２３８が示されている。光学要素４９６及び４９７は、プリント回路基板７６２に接続される。
エミッタ２３８は、非平行光ビームを放出し、図１１２を参照して本明細書で上述したように、非平行ビームは、光学要素４９７を出る前に、平行化されたビーム又は実質的に平行化されたビームに変換される。非平行なビームの別の部分は、図１１２には示されていない隣接モジュールにより平行化される。光学要素４９７を出るビーム１００は、上方に向けられて導光体４９８によりディスプレイ６４２の上に反射される。本発明の実施形態において、３方向屈折空洞が、タッチ位置を判断する２つの座標系をもたらすために３方向に光ビームを屈折させるために光学要素４９８の下面上にエッチングされ、又は他の方法で形成される。光ビーム１００は、スクリーン６４２の反対側の側で導光体４９９に入って、光学要素４９６にディスプレイ６４２の下方に反射される。２つの座標系をサポートする実施形態において、３方向屈折空洞が、同様に光学要素４９９の下側に存在する。
本明細書で上述したように、図示しない光学要素４９６及びその隣接光学要素が、フォトダイオード３９４上に入射光ビームをフォーカスする。本発明の一実施形態において、導光体４９８及び４９９は、ディスプレイ６４２を取り囲むフレームとして製造される。
図１１３のタッチスクリーンでは、２つのタイプの光ビーム再方向付けが行われる。第１の再方向付けには、単一の焦点に向けられた複数のファセットが必要である。第２の再方向付けでは、均一に９０°の角度で入射ビームを向け直すか、又は構成第５を参照して本明細書で上述したように、狭い腰部又は焦点へ入射光ビームを折り返す。一部の実施形態において、平行化されたビームは、屈折空洞により、第１及び第２の再方向付けの間に３方向に屈折する。
第１のタイプの再方向付けでは、エミッタ又はレシーバが多くのファセットの焦点に対して特定の位置に位置決めされることが必要である。従って、エミッタ又はレシーバ及びその反射面の位置決めは、配置の変動に敏感である。従って、エミッタ又はレシーバのアセンブリは、反射ファセットの対応する面と共に、誤差の公差が低い。３つの方向での反射及び一部の場合に均一な屈折を伴う第２のタイプの再方向付けは、反射器の位置及び導光体に位置する屈折空洞のパターンの変動に対してロバストである。従って、導光体のこの部分のアセンブリは、誤差の公差が高い。
スクリーン面の上方に光を反射する導光体を別々に製造して他のタッチスクリーン構成要素と組み込むことができる。従って、図１１３では、導光体４９８及び４９９は、光学要素４９６及び４９７とは別々であるように示されている。
本発明の実施形態により各々の側面上に３つの光学構成要素のブロックを有するタッチスクリーンの図である図１１４を参照する。ブロック５００及び５０１はエミッタであり、ブロック５０２及び５０３はレシーバである。ブロックにより、スタイラス又は指のｘ−ｙのタッチ位置が検出された遮断された光に基づいて計算することができる有効区域９９１が生成される。各ブロックに同じタイプのより多くの光学要素を追加することは、生成される有効区域を拡大する役目をする。
本発明の実施形態による図１１４のエミッタブロックのうちの１つの拡大図である図１１５を参照する。図１１５では、スクリーンの１つの縁部からそれぞれの信号１７０、１７１、及び１７２として読み取られるそれぞれの幅広ビーム１６７、１６８、及び１６９を放出する３つのエミッタ２３９、２４０、及び２４１が示されている。信号勾配は、斜めの向きによって示されている。スクリーンの反対側の縁部で、信号１７０、１７１、及び１７２の各々は、それぞれの光学要素によりそれぞれのレシーバ上へ向け直される。スクリーンに触れる指又はスタイラスのような物体の正確な位置は、次に、以下に説明するように、レシーバで遮断された光の値に基づいて判断される。
タッチスクリーンシステム構成第７
構成第７では、タッチスクリーンにおける内部全反射を使用する。構成第１〜６では、光ビームはスクリーン面の上方の空気中を進むが、構成第７では、光ビームは、タッチ検出システムに使用された波長を透過する板ガラス又はプラスチックの板を通る。他の実施形態において、光は、タッチ検出システムに使用された波長を透過する液体又はゲル層を通過する。
内部全反射は、光線が面の垂線に対して特定の臨界角よりも大きい角度で媒体境界に当たった時に発生する光学現象である。屈折率が境界の他の側でより低く、入射角度が臨界角よりも大きい場合に、光は、境界を通過しないで光の全てが反射される。臨界角は、超えると内部全反射が発生する入射角である。
光ビームが異なる屈折率で材料の間に境界を横切った時に、光ビームは、部分的に界面で屈折して部分的に反射される。しかし、入射角が、境界に沿って進むように光が屈折する入射角である臨界角よりも大きい（すなわち、光線が境界と平行である方に近い）場合に、光は、境界を横切るのを全て停止し、その代わりに内部的に全反射される。これは、光が高い屈折率を有する媒体から低い屈折率を有する媒体に進む場合にのみ発生する。例えば、ガラスから空気に通過する時に発生する。
構成第７によるタッチスクリーンは、カバーガラスという表示スクリーンの上方にガラス又はプラスチックシート又はペインを有する。代替的に、ゲル層又は液体充填サックが、ディスプレイの上に置かれる。カバーガラス又はゲル又は液体充填サック材料は、使用される波長で光を透過する。一般的に、光学タッチシステムは、近赤外光範囲の波長、すなわち、１１００ｎｍ未満の波長、例えば、９４０ｎｍを使用する。空気に露出されたカバーガラスの上面及び下面の両方がカバーガラスの内側で内部的に光を反射するように狭い空隙がカバーガラスとディスプレイの間に置かれる。構成第１〜その６を参照して上述した平行化レンズのいずれかを使用して、光は、カバーガラス面の垂線に対して臨界角より大きい角度で下からカバーガラスに入り、かつ内部全反射によってカバーガラスを通じて誘導される。上からカバーガラスに触れる指は、触れられた位置でカバーガラスの内側の光の一部を吸収する。更に、指も、触れられた位置でカバーガラスの内側の光の一部を散乱させる。これらの作用の両方とも、それぞれの検出器に到着する光量を低減し、検出器測定値は、本明細書に説明するようにタッチ位置を計算するのに使用される。
本発明の実施形態によりカバーガラスを有するタッチスクリーンアセンブリの略示図である図１１６を参照する。図１１６は、スクリーン６３５、カバーガラス６４６、エミッタ２００、エミッタレンズ５６４、レシーバ３００、及びレシーバレンズ５６５を示している。図１１６は、上から見た図及び線Ａ−Ａに沿った断面を示している。図１１６のエミッタ及びレシーバは、シフト位置合せされ、レンズは、各エミッタからの光が２つの反対側のレシーバに到達することを保証する。
本発明の実施形態によりカバーガラスを有するタッチスクリーンアセンブリで内部反射光を散乱させるタッチの略示図である図１１７を参照する。図１１７は、スクリーンに触れる物体による光の散乱を示している。エミッタ２０１からレシーバ３０１及び３０２への光ビーム１２０は、カバーガラス６４６内側で反射され、タッチ物体９００により散乱される。図１１７は、散乱したビーム１２１を示している。しかし、タッチ物体９００の下の検出チャンネルビーム１２２の一部は、レシーバ３０１及び３０２へ到着する。
本発明の実施形態によりカバーガラスを有するタッチスクリーンアセンブリにおいて内部反射光を吸収するタッチの略示図である図１１８を参照する。図１１８は、スクリーンに接触する指９００による光の吸収を示している。エミッタ２０１からレシーバ３０１への光ビームは、カバーガラス６４６内側で反射され、部分的に指９００に吸収される。
本発明の実施形態によりカバーガラスを有するタッチスクリーンアセンブリの略示図である図１１９を参照する。図１１９は、構成第７に従ってシステムのために修正された図６０及び図６１のレンズ構成を示している。図６０の場合と同様に、ＬＥＤ２００は、空隙５５５よって分離された、光を平行化する１対のレンズ５５０及び５５１と結合される。更に、図１１９は、エミッタ２００によって放出された光ビームを受け取って内部全反射を使用するカバーガラス６４６を介してビームを透過するカバーガラス６４６を含む。
このレンズは、全体的にデバイスの高さの下方にあるという点で図６０と異なっている。
また、レンズ５５１は、適切な角度α、すなわち、図１２０に示すように、カバーガラス面に対して臨界角よりも小さい角度でカバーガラス６４６の下側に光を案内する付加的な反射ファセット５６２を含む。例えば、ガラスと空気の境界の臨界角は、ほぼ４６°であるために、この場合の適切な角度αは、４０°である。ディスプレイにカバーガラスを積層するのに使用された場合に、カバーガラス材料、空気、及び低屈折率接着剤の実際の屈折率を用いて各々の実施形態に対して臨界角が決まる。レンズ５５１は、光学透明の転写テープ５６１、例えば、ノースカロライナ州シャーロット所在のＴＥＳＡ・コーポレーションにより製造されるＴＥＳＡ光学透明純粋アクリル接着剤を使用してカバーガラス６４６に接続され、従って、この反射光は、カバーガラス６４６に入る。スクリーンの反対側の縁部での同様の構成では、カバーガラス６４６から出る光を１つ又はそれよりも多くのそれぞれの光検出器へ案内する。代替的な実施形態において、導光体５５１は、カバーガラス６４６と共に単体の成形プラスチックユニットとして形成され、接着剤転写テープ５６１は使用されない。代替的な実施形態において、光は、図１２１に示すように、下からではなく横からカバーガラス６４６に入る。
本発明の実施形態により図１１９のタッチスクリーンアセンブリにおける光ビーム経路の略示図である図１２０を参照する。本発明の実施形態によりカバーガラスを有するタッチスクリーンアセンブリの略示図である図１２１も参照する。図１２０は、レンズ５５０及び５５１を通じて、かつ内部全反射によって伝播する適切な角度αでカバーガラス６４６に入るエミッタ２００からの光ビーム１５１の経路を示している。図１２１は、カバーガラス６４６とディスプレイ６３５間の空隙５６３を示している。この空隙により、カバーガラス６４６内の内部全反射に対するカバーガラス下側に必要な媒体境界が生成される。代替的に、内部全反射に必要な媒体境界は、適切な低屈折率接着剤を使用して、スクリーンにカバーガラスを積層することによって置かれる。カバーガラス６４６は、１〜２ｍｍ厚であることが好ましい。
構成７は、タッチ中に遮断される光量が構成１〜６と異なっている。一般的に、構成第１〜６のタッチは、遮断するビームが構成第７の同等のタッチよりも多い。しかし、本明細書で上述したビームの幅に沿った強度の段階的な変化のような原理は、取りわけ図４７、４８、及び６８〜７６を参照すると、構成第７では、構成第１〜６の場合と同じである。従って、本明細書に説明する信号を補間する方法は、構成第７の遮断光ビーム量の減量化に対応すると構成第７に適用可能である。３つの発散幅広ビームが各エミッタから出るように誘導される分岐ビームの構成は、図７９〜図８３、図９１〜図９２、及び図９９〜図１０９を参照して詳細で上述したように、分岐ビームが内部全反射に適切な角度でカバーガラスに全て誘導される構成第７にも適用可能である。
構成第７は、スクリーン周りに突出した縁斜がデバイスを設計することを可能にする。
これは、設計に関しては構成１〜６に優る長所である。
別の長所は、マルチタッチ検出に関する。構成１〜６では、２つ又はそれよりも多くの物体が同時に光ビーム経路に挿入された時に、光ビーム影パターンは、固有の指位置にもはや対応せず、従って、信号パターンは、不明瞭である。同じ影信号を生成する異なるタッチパターンの例が図８５〜図８７に示されている。内部全反射を使用するシステムは、毎回のタッチにより、更に別の信号の部分的減少が発生し、従って、トランスミッタとレシーバ間のタッチ回数を計算することができる。
この計算は、システムが、１つのタイプの品目しかスクリーン上に置くことはできないと仮定した場合に最も簡単である。そうでなければ、例えば、太い指は、例えば２つの細い指と間違えられる可能性がある。しかし、多くの場合に、マルチタッチの動作においてタッチの各々の間に遅延がある。システムがタッチ検出信号の大きさの区分的なステップを検出した時に、信号が大きいタッチ物体とは対照的に複数のタッチから生成されることを示している。従って、システムが、それぞれの追加のタッチが追加された時に新しいサンプルが生成されるように高い周波数でスクリーンをサンプリングした時に、システムは、追加のタッチが信号の更に別の部分的な減少により発生したと判断する。特に、以下に説明するコントローラを使用する時に、システムは、１０００Ｈｚまでの割合でスクリーンをサンプリングすることができ、ほぼ同時に発生するタッチを区別することができる。
構成第７によって得られる別の長所は、タッチ物体による光の散乱に関する。スクリーンに触れる指は、接触した位置でカバーガラス内側の光の一部を散乱させる。レンズ５５０及び５５１は、エミッタ２００からの光を平行化して、１つ又はそれよりも多くのそれぞれの各検出器で誘導する。タッチ物体による光の散乱により、光が他の検出器に到達する。検出器に関連の平行化レンズは、平行化経路に沿った点から散乱した光を検出器上に誘導する。従って、マルチタッチに示すと考えられる場合に、システムは、更になる検出器をポーリングして、散乱光の検出に基づいてマルチタッチ位置を解像する。
本発明の実施形態により２つの斜めタッチ点を検出するエミッタ及びレシーバの略示図である図１２２を参照する例がこの長所を示している。図１２２は、構成第７に従ってタッチスクリーンを取り囲むエミッタ２００及びＰＤレシーバ３００の構成を示している。
２つのタッチ点９７１及び９７２が描かれている。エミッタ２００及びＰＤレシーバ３００は、両方とも、１〜１６と付番される。予想された光の減少は、ＰＤ番号２、７、１１、及び１５に発生し、説明されるように、この信号パターンは、これらの２つのタッチ点の固有のものではない。この場合に、システムは、エミッタ番号２を起動させ、２つのＰＤ、すなわち、ＰＤ番号１１及びＰＤ番号１５をサンプリングする。各検出器は、示されていない関連の平行化レンズを有する。描かれたタッチパターンでは、ＰＤ番号１５の方が、検出する大きな散乱光の量（タッチ点９７１のそば）がＰＤ番号１１より多く、その理由は、タッチ点９７１はＰＤ番号１５に関連する平行化レンズの経路に沿った位置するがＰＤ番号１１に関連の平行化レンズの経路に沿っていないからである。同様に、システムは、エミッタ番号１５を起動させて、２つのＰＤ、すなわち、ＰＤ番号２及びＰＤ番号７をサンプリングする。描かれたタッチパターンでは、ＰＤ番号２の方が、検出する散乱光の量（タッチ点９７１のそば）がＰＤ番号７よりも多い。これに基づいて、システムは、タッチは示された位置にあり、スクリーンの反対側のコーナではないと判断する。
本発明の実施形態により３つのタッチ点を検出するエミッタ及びレシーバの略示図である図１２３を参照する。図１２２の実施例に続いて、図１２３では、第３のタッチ点９８０が追加される。この場合に、ＰＤ番号７の方が、ＰＤ番号２がそれぞれのエミッタ（番号２）から検出するのよりも、それぞれのエミッタ（番号７）から検出する予想される光の量の減少が有意に大きい。これは、２つのタッチ（９７２、９８０）はエミッタ７からの光を吸収するが、１つのタッチ（９７１）のみがエミッタ２からの光を吸収するからである。これに基づいて、システムは、タッチが示す位置にあると判断する。
本発明の実施形態によりカバーガラスを有するタッチスクリーンアセンブリの略示図である図１２４を参照する。散乱光に対して、図１２４のタッチスクリーンでは、エミッタ１５起動中、検出器７及び２は、それぞれ、タッチ点９７１及び９８０から散乱光を検出し、一方、エミッタ２起動中、検出器１５は、タッチ点９７１から散乱光を検出し、検出器１１は、検出する散乱光が遥かに少ない。これは、タッチ点９８０がスクリーンの右下にあり、左上コーナではないことを示している。
一般的に、散乱光の検出に向けられたエミッタ及び検出器の起動シーケンスを選択的に使用することができる。これは、例えば、ゴーストが潜在的に発生する動作が起こり得る時に限り実行することができる。また、散乱光の検出に向けられたシーケンスは、ゴーストを解決しそうなエミッタ−検出器対のみを起動すること、例えば、図１２２及び図１２３の検出パターンが発生した時にエミッタ−検出器対１５〜２、１５〜７、２〜１１、及び２〜１５を起動することだけに制限することができる。
本発明の実施形態により複数のタッチ検出信号を明確にする方法の流れ図である図１２５を参照する。ステップ１０６０で、タッチスクリーン周りにエミッタ−レシーバ対を走査する。予想された光の減少は、エミッタ−レシーバ信号経路に沿ったタッチを示している。少なくとも２つのｘ座標チャンネル及び少なくとも２つのｙ座標チャンネルがタッチを検出した場合に、システムは、ステップ１０６３〜１０６５まで進んで、正しくｘ、ｙ座標を対にする。ステップ１０６３で、システムは、各ｘ座標エミッタを検出されたｙ座標レシーバの全てと対にし、タッチ検出チャンネルの第２の組を生成する。これらのチャンネルでは、タッチは、タッチ物体によって散乱された光から生じる検出された光の増加によって示されている。ステップ１０６４で、システムは、各ｙ座標エミッタを検出されたｘ座標レシーバの全てと対にして、タッチ検出チャンネルの同様の組を生成する。ステップ１０６５で、システムは、ステップ１０６３及び１０６４に基づいて最も可能性の高いタッチを判断して、ステップ１０６２でタッチ座標を出力する。
１つのｘ座標のみ又は１つのｙ座標のみがステップ１０６１へ戻された場合に、システムは、以下のようにステップ１０６２でタッチ座標を出力する。すなわち、１つのｘ座標及び１つのｙ座標が検出された場合に、１つのｘ，ｙタッチ座標を出力する。複数の座標が１つの軸線に沿って検出された場合に、これらの１軸線の座標の各々を他方の軸線上で単一のｘ又はｙ座標と対にする。
タッチスクリーンシステム構成第８
構成第８は、構成７で上述したように、構成１〜６の場合と同様に空気上の光ビームを内部全反射光ビームと組み合わせる。ある実施形態において、各エミッタ−検出器対起動は、スクリーン上の空気中を進む光の第１の部分及びカバーガラスを通過する光の第２の部分を含む。光の両方の部分は、エミッタから始まって、検出器へ到着する。
本発明の実施形態によりカバーガラスを有するタッチスクリーンアセンブリの略示図である図１２６を参照する。図１２６は、構成第８によるタッチシステムの２つの光ビーム１５１及び１５２を示している。両方のビームはエミッタ２００から始まり、両方のビームは示されていない反対側の検出器上で収束する。ビーム１５１は、下からカバーガラス６４６に誘導され、また、ビーム１５２は、カバーガラス６４６の上方で空気で誘導される。導光体４９８は、エミッタ２００からの両方のビームを誘導する。
構成第８は、いくつかの長所を有する。この構成では、空気上のビームの一部を遮断するあちこち移動する物体を検出する。しかし、あちこち移動する物体は、内部全反射に影響を与えず、すなわち、カバーガラスとの実際の接触が内部全反射を妨げるのに必要である。従って、接触が発生した時に、信号の大きい低下がある。その結果、システムは、タッチ動作とあちこち移動する動作を明瞭に区別することができる。
別の長所は、構成第８が２つの検出システム、すなわち、空気上のビーム及び内部全反射ビームを有することである。これらのシステムの一方が損なわれた時に、他方のシステムがタッチ検出を提供する。例えば、狭いスタイラス点は、本明細書で上述したように、空気上のビームにより正確にトレースされるが、狭いスタイラス点は、内部全反射ビームの多くを吸収しない又は妨げない。
更に別の長所は、構成第７を参照して上述したように、内部全反射システムは、ゴーストが発生した動作を解像するのに利用可能であることである。
タッチスクリーンシステム構成第９
構成第９では、スクリーン縁部に沿った位置する長く薄い導光体の一端にエミッタ又はレシーバを結合することにより、構成要素の個数を低減する。このような導光体は、「光学的タッチパネルのための照明」という名称の米国特許第７，３３３，０９５号明細書に説明されている。
本発明の実施形態によりスクリーンの上に光を向ける長く薄い導光体５１４をスクリーンの第１の端部に沿って有し、かつスクリーンの反対端に沿って配置されて向けられた光を検出し、かつ検出された光の値を計算ユニットに通信する光レシーバのアレイを有するタッチスクリーン図である図１２７を参照する。光エミッタ２００は、導光体５１４の両端に結合される。導光体５１４は、タッチスクリーン８００の１つの縁部に沿った位置決めされる。光は、スクリーン縁部に沿って導光体５１４へ放出され、反射器５１５によりスクリーン面にわたって再び方向付けされる。複数のレシーバ３００が、構成第２及び３を参照して本明細書で上述したように、複数のレシーバがタッチを検出することを可能にするためにタッチスクリーン８００の反対側の縁部に沿った位置する。
本発明の実施形態によりスクリーン上に光ビームを誘導する多くの光エミッタ２００をスクリーンの第１縁部に沿って有し、かつ向けられた光ビームを受け取り、かつ導光体５１４の両端に位置するレシーバ３００に更に誘導する長く薄い導光体を有するタッチスクリーン図である図１２８を参照する。レシーバ３００で検出された光の値は、計算ユニット（図示せず）に通信される。本発明の別の実施形態により、１つのレシーバ３００のみが、導光体５１４の一端に結合される。導光体５１４は、タッチスクリーン８００の１つの縁部に沿った位置決めされる。複数のエミッタが、構成第２及び３を参照して本明細書で上述したように、レシーバ３００が複数のエミッタの連続起動に基づいてタッチを検出することを可能にするためにタッチスクリーンの反対側の縁部に沿った位置する。スクリーン面にわたって放出された光は、反射器５１５により向け直される。光は、スクリーン縁部に沿った導光体５１４へ受け取られ、導光体５１４の長さを通じてレシーバ３００上へ誘導される。
本発明の実施形態により各エミッタが長く薄い導光体の端部に結合された２つの光エミッタ２０１及び２０２の図である図１２９を参照する。導光体５１４が、タッチスクリーンの１つの縁部に沿った位置決めされる。光１００は、スクリーン縁部に沿った導光体５１４に放出され、反射器５１５によりスクリーン面にわたって向け直される。複数のレシーバが、構成第２及び３を参照して本明細書で上述したように、複数のレシーバがタッチを検出することを可能にするためにタッチスクリーンの反対側の縁部に沿った位置する。
各エミッタ２０１及び２０２は、別々に起動され、レシーバは、２つのエミッタの各々からの遮断された光に基づいてタッチを検出する。導光体の長さに沿って所定の位置で放出された光１００の量は、位置とエミッタ間の距離の関数として減少する。従って、構成第２及び３を参照して本明細書で上述したように、各エミッタ２０１及び２０２からの異なる量の検出された光は、タッチの正確な位置を計算するのに使用される。
本発明の態様は、構成第２及び３を参照して本明細書で上述したように、図１２７の出射光ビーム１０１又は図１０６の入射光ビーム１０２を大きく屈折させるために、導光体の外面上にマイクロパターン５１６をエッチングするか、又は他の方法で形成することにより、米国特許第７，３３３，０９５号明細書の導光体を改善する。ミクロパターン５１６は、導光体５１４に沿った溝の均一な実質的に平行したパターンであり、かつ本明細書で先に構成第２を参照して説明したファンパターンよって形成しやすい。導光体５１４は、導光体５１４内側に光散乱器ストリップ５１７も含む。ミクロパターン５１６及び光散乱器ストリップ５１７は、図１２７及び図１２８に説明されている。
タッチスクリーンシステム構成第１０
構成第１０は、タッチ作動中に印加された時にタッチスクリーンに掛かる圧力を検出することを可能にする。圧力の検出は、軽いタッチと強い押圧を区別することを可能にし、かつタッチ及び押圧に別々のアクションを関連付けるユーザインタフェースに有用である。例えば、ユーザは、触れることによってボタン又はアイコンを選択することができ、押すことによってボタン又はアイコンに関連の機能をさせることができる。このようなユーザインタフェースは、「モバイルコンピュータユニットのユーザインタフェース」という名称の本出願人の現在特許出願中の米国特許出願第１２／４８６，０３３号明細書に説明されている。
本発明の一部の実施形態において、タッチ対応デバイスは、ＰＣＢのようなベース平面、及びベース平面に剛性に取り付けられた導光体フレーム、及び導光体フレーム内側で非剛性に取り付けられたタッチスクリーンを吊す又は「浮かせる」ためにベース平面へ取り付けられた弾性部材を含む。タッチスクリーンを押すと、ｚ軸に沿って浮いているタッチスクリーンを偏向させて、導光体フレームの露出量が増加する。本明細書で上述したように、スクリーン上に光を誘導する導光体フレーム反射器は、露出にためにより多くの光がスクリーンを横切ることができるように構成される。従って、スクリーン上の強い押圧が発生した時に、レシーバの多くは、検出された光の突然の増加を検出する。更に、タッチが同時に検出された時に強い押圧の検出を条件付けることができ、従って、周囲光の突然の増加による強い押圧の誤った検出が防止される。下向き圧力が解除された時に、弾性部材は、導光体フレーム内の元の位置にスクリーンを戻す。
本発明の実施形態により強い押圧の発生を検出するタッチスクリーン８００の図である図１３０〜図１３３を参照する。図１３０は、静止位置のタッチスクリーン８００、プリント回路基板７００に取り付けられる屈曲空隙８４３を生成する弾性支持部材８４１及び８４２によりサポートされるスクリーン８００を示している。図１３０は、スクリーン８００上のエミッタ２００からレシーバ３００まで光１００を誘導するスクリーン８００の各側に１つの２つの導光体５１８及び５１９を示している。各導光体５１８及び５１９の小さい上部のみがスクリーン８００の上方に延びる。レシーバ３００は、計算ユニット（図示せず）に検出された光の強度を通信する。
図１３３は、スクリーンを押し下げる指９００を示しており、それによって部材８４１及び８４２が圧縮され、かつ撓む空隙８４３を狭くする。その結果、導光体５１８及び５１９のより大きい部分がスクリーン８００の上方に露出され、従って、（ａ）エミッタ２００からのより多くの光１００がスクリーン８００を横切り、かつレシーバ３００により検出され、かつ（ｂ）より多くの周囲光１０１がレシーバ３００に到達することができる。様々な実施形態において、検出された光のこのような増加の一方又は両方は、強い押圧を示すために使用される。他の実施形態において、印加された下向きの圧力量は、更に別に検出された光量に基づいて判断され、従って、より強いタッチと強さが劣るタッチとの区別が可能である。
一部の実施形態において、導光体フレームは、スクリーン８００に下向きの圧力が印加されかった時に弾性部材８４１及び８４２の上向きの力と均衡させるために、スクリーン８００の縁部の上に延びる図１３２に示す突出リップ５２０及び５２１を含む。弾性部材８４１及び８４２は、取りわけ、可撓性装着材料、捩りバネ、弾性ポリマー本体、又は油圧懸架システムを含むことができる。図１３３は、エミッタ２００、計算ユニット７７０に結合したレシーバ３００、及び単一のＰＣＢ７００に配置された弾性部材８４１及び８４２を示している。
他の実施形態において、タッチスクリーンは、フレームに対して変位可能ではない。しかし、スクリーンは、強い押圧に応答して屈曲するか又は多少曲がる。スクリーンの曲がりにより、レシーバの多くにおいて、スクリーン上の強い押圧を示す検出された光の突然の増加が発生する。本明細書で上述したように、強い押圧の検出は、同じく同時に検出されたタッチに条件付けることすることができ、従って、デバイスの外傷に応答する強い押圧の誤った検出が防止される。
本発明の実施形態により剛性に取り付けられた７インチＬＣＤスクリーンに圧力が印加された時の検出された光の増加を示す棒グラフである図１３４〜図１３５を参照する。棒グラフは、柔らかいタッチが発生した時（図１３４）及び強いタッチが発生した時（図１３５）にスクリーンの１つの縁部に沿って各エミッタから検出された光量を示している。
光エミッタ及び光レシーバは、各エミッタからの光が２つのレシーバにより検出されるようにシフト位置合せされる。従って、２つのレシーバの各々により検出された光を示す２つの棒が、各エミッタに対して示されている。両方の棒は、光が検出されなかった場合はタッチがＬＥＤ４の反対側のレシーバで検出されたことを示している。棒グラフは、強いタッチの場合に、ソフトタッチの場合よりも多くの光が隣接エミッタから検出されることを示している。
構成第２及び３の作動
以下に説明する内容は、内部全反射に基づいて正確なタッチ検出をもたらすために、構成第６及び７を参照して上述したカバーガラスに関連して使用されるタッチスクリーン周りの構成第２及び３に示す光学要素の配置の作動方法に関する。これらの方法は、微細なタッチ点を有し、かつ単一の指及びマルチ指のタッチに対して非常に正確なタッチ位置の判断が得られるペン及びスタイラスサポートに有利である。
本発明の実施形態によりタッチスクリーンシステムにおけるエミッタ及びレシーバレンズの対向する列の図である図１３６〜図１３７を参照する。対応するそれぞれの光エミッタ２００又はレシーバ３００が、各エミッタ及びレシーバレンズの背後に位置決めされる。図１３８に示すように、各エミッタ２００は、エミッタによって放出された光ビームを検出する２つのレシーバ３００の反対側に位置決めされる。同様に、各レシーバ３００は、２つのエミッタ２００の反対側に位置決めされ、両方のエミッタから放出される光ビームを受け取る。
図１３６は、（Ａ）２つのレシーバ３００に及ぶエミッタ２００からの単一の完全なビーム１７３、（Ｂ）２つのレシーバ３００の左のレシーバにより検出される１７４と指定された完全なビームの部分、（Ｃ）２つのレシーバ３００の右のレシーバから検出される１７５と指定された完全なビームの部分、（Ｄ）タッチスクリーンを覆う複数のエミッタ２００のための複数のビーム１７６、及び（Ｅ）タッチスクリーンを覆う複数のエミッタ２００のための複数のビーム１７７を示している。一般的に、各エミッタ２００は、単独で起動される。精密タッチ検出は、本明細書で以下に説明しており、タッチ点は、複数のビームにより検出される。スクリーン上の点は少なくとも１つのビーム１７６及び１つのビーム１７７により検出されることが（Ｄ）及び（Ｅ）から認められるであろう。
電力を節約するために、タッチスクリーンがアイドルの時に、１組のビームのみ、すなわち、ビーム１７６又はビーム１７７が、最少数のエミッタ２００を有する軸線に向けてのみのためにスキャニングスイープで走査される。スキャニングは、ビーム１７６とビーム１７７の間に切り換わり、従って、軸線に沿った２つのスキャニングスイープは、軸線に沿って全てのエミッタ−レシーバ対を起動する。より多くのエミッタを有する他の軸線は、タッチが存在する時か、又は信号が予想騒音レベルを上回って基準値と異なる時か、又はあらゆる軸線の基準値の更新が行われている時に走査されるだけである。基準値に対して、本明細書で以下に詳細に説明する。
図１３７は、（Ａ）左寄りに１５°の角度でレシーバ３０１に光を送るエミッタ２０１、（Ｂ）右寄りに１５°の角度でレシーバ３０２に光を送るエミッタ２０１、（Ｃ）左寄りに１５°の角度でレシーバ３０２に光を送るエミッタ２０２、及び（Ｄ）入射光を屈折させる微細構造を示している。図１３７に示すエミッタレンズ及びレシーバレンズは、（Ｄ）に示す微細構造が装備され、これは、（ｉ）エミッタレンズ面に沿った複数の位置から左右両方に向けて光を放出し、かつ（ｉｉ）レシーバレンズ面に沿ったあらゆる位置であらゆる入射角で受け取られる光が確実にレシーバにより検出されるようにするためである。
本発明の実施形態によりタッチスクリーンシステムにおける複数のエミッタ−レシーバ対によってタッチ位置を判断する技術の略示図である図１３８を参照する。図１３８では、タッチスクリーン上に各々幅ｋの２つの光学レシーバレンズ５０８及び５０９の反対側に位置決めされた幅ｋの光学エミッタレンズ５０６が示されている。スクリーンに触れるポインタ９００は、光学エミッタレンズ５０６から放出された光ビームの一部を遮断する。光学エミッタレンズ５０６は、光学レシーバレンズ５０８及び５０９の両方の上に重なる重なり合うビームを放出する。幅広ビームの広がり角度は、スクリーンの寸法及びｘ軸に沿ったレンズ幅ｋに依存する。光学レシーバレンズ５１０の下方に要素幅ｍの半分移動された別の光学エミッタレンズ５０７も示されている。
本発明の実施形態により、光学エミッタレンズ５０６の少なくとも１つの面は、複数の隆起部でテクスチャ加工される。各隆起部は、２つの対向するレシーバレンズ５０８及び５０９に及ぶ光線を広げる。従って、光学エミッタレンズ５０６の面に沿った多くの点の各々からの光は、両方の対向するレシーバレンズ５０８及び５０９に到達し、隣接したレシーバにより検出された光ビームが重なり合う。構成第２では、これらの隆起部は、フェザーパターンを形成し、構成第３では、これらの隆起部は、管状パターンを形成する。
本発明の実施形態により、隆起部は、タッチスクリーン構成に基づいて、各々がほぼ０．２〜０．５ｍｍのピッチを有するマイクロレンズを形成する。フェザーパターンの場合に、隆起部は、ファンを形成し、ピッチは、隆起部が内側へ進行して接近する時に狭くなる。管状パターンの場合に、各マイクロレンズのピッチは、マイクロレンズの長さに沿って一定のままである。
各レシーバレンズ５０８及び５０９の少なくとも１つの面は、レシーバレンズ面に沿った多くの点の各々に到着する光の少なくとも一部がレシーバフォトダイオードに到着するように同様にテクスチャ加工される。
本発明の実施形態により、出力ｘ及びｙ座標は、時空的にフィルタリングされる。以下に説明する内容は、ｘ座標の判断に関し、同じ方法がｙ座標の判断に適用されることは、当業者により認められるであろう。
構成第２及び３は、タッチ位置が少なくとも２つのエミッタ−レシーバ対により検出されることを示している。図１３８は、ｘ軸に沿って物体９００のタッチ位置を検出する２つのこのようなエミッタ−レシーバ対５０６〜５０８及び５０６〜５０９を示している。
図１３８では、ビーム５０６〜５０８は、ビーム１７８によって示されており、ビーム５０６〜５０９は、ビーム１７９によって示されている。図１３８は、３つの検出の区域、すなわち、（ｉ）右に傾斜した線で満たされた楔として描かれたエミッタ−レシーバ対５０６〜５０８により検出されたスクリーン区域、（ｉｉ）左に傾斜した線で楔として描かれたエミッタ−レシーバ５０６〜５０９により検出されたスクリーン区域、及び（ｉｉｉ） 陰影パターンを有する楔として描かれた両方のエミッタ−レシーバ対５０６〜５０８及び５０６〜５０９により検出されたスクリーン区域を示している。この第３のスクリーンの区域の左右の境界は、それぞれ、線Ｘ1及びＸ2として示されている。
物体９００のタッチ位置（Ｘp、Ｙp）のｘ座標Ｘpを判断するために、ｙ軸に沿った全てのエミッタ−レシーバ対間に最大タッチ検出信号を有するエミッタ−レシーバ対のｙ軸に沿った所に対応する初期ｙ座標Ｙinitialは、を判断する。図１３８では、このエミッタ−レシーバ対は、５０７〜５１０である。次に、位置（Ｘa、Ｙinitial）及び（Ｘb、Ｙinitial）で線ｙ＝Ｙinitialと交差するまで、図１３８でＸ1及びＸ2を指定された線を横切って移動させる。座標Ｘa及びＸbを図１３８に示している。物体９００のｘ座標は、次に、重みつけ平均：
Ｘp＝（ＷaＸa＋ＷbＸb）／（Ｗa＋Ｗb） （２）
を使用して判断され、ここで、重みＷa及びＷbは、それぞれ、ビーム１７８及びビーム１７９に対し正規化された信号差である。使用する信号差は、基線又は予想された光の値と実際の検出された光の値間の差である。このような差は、物体がスクリーンに触れており、予想された光の一部を遮断していることを示している。重みＷa及びＷbは正規化されるが、その理由は、図１４４〜図１５１を参照して本明細書で以下に説明するように、エミッタの列の近くで発生するタッチの検出信号は、レシーバの列の近くで発生するタッチと異なるからである。タッチスクリーン設計は、物体がビームの長さに沿った様々な部分でビームを横切って移動する時に異なる信号強度及び減衰パターンを判断するために試験される。異なるシナリオ、例えば、ビームのエミッタの近くでの物体のシナリオ、ビームのレシーバの近くでの物体のシナリオ、及びスクリーン中心の物体のシナリオなどが試験される。タッチが検出された時に、検出するレシーバの検出パターンが、適切なシナリオを選択するために解析され、信号は、選択されたシナリオに従って正規化される。重みの較正及び更に別の正規化を本明細書で以下に説明している。同様の重みつけ平均は、ｙ座標ＹPを判断するのに使用される。
ポインタ９００が２つよりも多いエミッタ−レシーバ対により検出された場合に、重みつけ平均は、次式：
ＸP＝Σ（ＷnＸn）／（ΣＷn） （３）
に一般化され、ここで、重みＷnは、正規化された信号差であり、Ｘnは、重み位置である。
本発明の一実施形態において、ポインタ９００が小さな物体である場合に、最大信号差が、位置を計算するための２つの最も近い信号に関連して使用される。これは、小さな物体の信号差が小さいという事実が補償され、従って、ノイズが、優勢な誤差要因になる。
２つの最も近い信号を使用して、ノイズによる誤差が減少する。本発明の別の実施形態において、２つの最も大きい信号差のみが使用される。
本発明の実施形態により図１３６及び図１３７の構成のための導光体フレーム図である図１３９を参照する。図１３９では、光学エミッタレンズ５１１及び光学レシーバレンズ５１２と共に、導光体フレームの４つの縁部が示されている。フレーム内縁は、ビーム１８２により完全に覆われているわけではないことに注意されたい。従って、本発明の一部の実施形態において、破線の矩形によって示される内側タッチ区域９９３のみが使用される。
信号ノイズによる誤差を低減するために、最終座標は、上述のように判断される空間的フィルタリングされた現在の座標値及び前回の座標値を使用して、時間フィルタの出力として判断される。現在のｘ座標に与えられるフィルタ重みが高いほど、出力は、その値に近づき、フィルタの影響が少なくなる。一般的に、両方の座標値に実質的に等しい重みを使用して強いフィルタが得られる。本発明の態様の一実施形態において、時間フィルタは、ローパスフィルタであるが、他のフィルタも、本発明により考えられる。本発明の実施形態により、異なる予め指定されたフィルタ重み係数を異なる場合に使用することができる。代替的な実施形態において、フィルタ重み係数は、必要に応じて計算される。
適切なフィルタ係数の選択は、走査周波数、タッチ物体がスクリーンを横切って移動する速度、物体運動が直線に沿っているか否か、及びタッチ物体のサイズに基づいている。
一般的に、走査周波数が高いほど、現在の座標値は、前回の座標値の近くになり、かつより強いフィルタが使用される。走査周波数は、物体の速度及び移動方向を予想するのに使用される。走査周波数に基づいて、閾値距離が、２つの入力値に割り当てられ、閾値は、高速移動を示している。現在と前回の座標値間の差が閾値距離よりも大きい場合に、出力座標が実際のタッチ位置のかなり後に遅れないように、より弱いフィルタが使用される。この場合に、フィルタ：
ｏｕｔｐｕｔ_ｖａｌ＝１／１０*ｐｒｅｖｉｏｕｓ_ｖａｌ＋９／１０*ｃｕｒｒｅｎｔ_ｖａｌ （４）
が良好な結果を提供することが実験によりわかっている。更に、本明細書で以下に説明するラグ値は、この場合、出力値に等しいようにリセットされる。
現在と前回の座標値の間の差が閾値距離未満の場合に、ラグ値を判断する。ラグ値は、軸線に沿った速度及び方向を示している。この場合に、値：
ｌａｇ＝５／６*ｌａｇ＋１／６*ｃｕｒｒｅｎｔ_ｖａｌ （５）
が良好な結果を提供することが実験によりわかっている。フィルタ重み係数は、ラグ値と現在の座標値の間に差に基づいて選択される。一般的に、高速作動又は方向の突然の変化を示すこの差が大きいほどフィルタが弱い。
例えば、タッチ物体が停止している場合に、ラグ値は、最終的には現在の座標値にほぼ等しい。このような場合に、信号ノイズは、空間的に計算されたタッチ位置の小さい差を引き起こす場合があり、これは、妨害ジッタ効果を引き起こす場合があり、すなわち、タッチスクリーンは、物体ジッタ発生を示している。強い時間フィルタの使用により、このようなジッタ発生が実質的に減衰される。
タッチ物体が速く移動しているか、又は方向の突然の変更が行われた場合に、強い時間フィルタは、実際のタッチ位置と表示されたタッチ位置の間に認識可能なラグを発生させる場合がある。スタイラスで書き込む人の場合に、書き込まれた線は、スタイラスよりも遅れる場合がある。このような場合に、弱い時間フィルタの使用により、このようなラグ発生が低減される。
スクリーンに触れる指又は他の尖っていない物体のようなタッチ物体が比較的大きいスクリーンの区域を覆った時に、実際の指運動と作動の表示されたトレース間のラグの方が認識できず、その理由は、指がラグの区域の上に重なるからである。このような場合に、異なる時間フィルタは使用される。
使用される物体タイプ、すなわち、指対スタイラスは、予想されるユーザ挙動を知ることによって推定することができる。例えば、指タッチに関するユーザインタフェースでは、指が使用されたと仮定される。物体のタイプも、物体によって生成された影付き区域により推定することができる。影付きエミッタ信号に基づいて判断されるタッチの区域のサイズは、従って、時間フィルタ重み係数を選択する際に使用されるファクタでもある。
本発明の実施形態により光ベースのタッチスクリーンのタッチ検出の方法の略示流れ図である図１４０を参照する。作動１０２１で、複数のエミッタ−レシーバ対からの信号を処理する空間周波数フィルタに基づいて、現在の座標値を受け取る。走査周波数に基づいて、閾値距離が得られる。作動１０２２で、現在の座標値と前回の座標値間の差を閾値距離と比較する。差が閾値距離よりも小さいか又はそれに等しい場合に、作動１０２３で、式(5)の場合と同様に、新しいラグ値を計算する。作動１０２４で、現在の座標値とラグ値の差に基づいて時間フィルタ重み係数を判断する。作動１０２５で、式（４）の場合と同様に、出力座標値を計算するために時間フィルタを適用する。
作動１０２２で、現在の座標値と前回の座標値の間の差が閾値距離よりも大きい場合に、作動１０２６で弱いフィルタ重み係数を選択する。作動１０２５で、式（４）の場合と同様に、出力座標値を計算するために時間フィルタを適用する。作動１０２８で、ラグ値を出力座標値に設定する。
本発明の実施形態は、２つのタッチがタッチスクリーンの２つのコーナで同時に発生するマルチタッチの作動を検出する方法及び装置を提供する。そのようなマルチタッチの例は、ユーザがスクリーン８００上で２つの指９００を置いて軸線周りに回す図１４１〜１４３に示す回転動作である。図１５及び図１６を参照して本明細書で先に指摘したように、光ベースのシステムが左上と右下タッチ対左下と右上のタッチを区別することは困難である。本明細書で以下に説明するように、シフト位置合せ式エミッタ及びレシーバの使用により、このような区別が可能である。
本発明の実施形態により、第１の軸線に沿ったレシーバからのデータは、２つの軸線に沿ってタッチ位置を判断するのに使用される。タッチスクリーン上の様々な位置での指９００タッチイベントの図である図１４４〜図１４４、及び本発明の実施形態によりタッチイベント中に光飽和のそれぞれの棒グラフである対応する図１４８〜図１５１を参照する。図１４４は、２つのエミッタの間でエミッタの列の近くに位置するタッチを示している。図１４５は、レシーバを遮断するレシーバの列の近くに位置するタッチを示している。
図１４６は、エミッタを遮断するエミッタの列の近くに位置するタッチを示している。図１４７は、２つのレシーバの間でレシーバの列の近くに位置するタッチを示している。
図１４８〜図１５１は、各々２つの棒グラフ、すなわち、ｘ軸に沿ったレシーバでの光飽和を示す上の図表及びｙ軸に沿ったレシーバでの光飽和を示す下の図表を含む。レシーバの各列は、エミッタの反対側の列とシフト位置合せされる。従って、各エミッタは、２つのレシーバにより検出される。相応に、図１４８〜図１５１は、各エミッタに対して２つの棒、レシーバにつき１本の棒を示している。
図１４８〜図１５１は、４つの異なる検出パターンを示している。図１４８は、２つのそれぞれのエミッタから主として１つのレシーバにより検出された光の欠如を示している。光の欠如は、中程度である。図１４９は、２つのそれぞれのエミッタから主として１つのレシーバにより検出された光の欠如を示している。光の欠如は大きい。図１５０は、遮断されたエミッタから予想された光の大きい欠如を検出する２つの隣接したレシーバを示している。両方のレシーバは、隣接要素から何らかの光を検出する。図１５１は、遮断されたエミッタから予想された光の中程度の欠如を検出する２つの隣接したレシーバを示している。両方のレシーバは、隣接エミッタから何らかの光を検出する。表ＩＩＩは、これらの異なるパターンの要約である。
（表ＩＩＩ）
本発明の実施形態により、マルチタッチ位置の判断は、表ＩＩＩに示すパターンに基づいている。従って、再び図１４２を参照すると、４つの検出点は、レシーバの２つの列に沿って示されている。検出Ｄ１からＤ４では、スクリーンの右上と左下コーナにおいてタッチ点９７１が検出される。各点の検出パターンが、タイプ１又は３、又はタイプ２又は４であるかに基づいて、検出パターンは、対応するタッチがエミッタにより近いか、又はレシーバにより近いかを判断する。各タッチには、２つの独立した指示器、すなわち、Ｘ軸検出器及びＹ軸検出器が対応している。従って、図１４２の検出点９７１に対して、検出Ｄ１及びＤ３は、タイプ２又は４であり、検出Ｄ２及びＤ４は、タイプ１又は３である。これとは対照的に、図１４２の検出点９７１に対して、検出Ｄ２及びＤ４は、タイプ２又は４であり、検出Ｄ１及びＤ３は、タイプ１又は３である。
独立した検出点の評価に加えて、どのタッチ点がエミッタにより近いのか、又はレシーバにより近いのかを判断するために様々な検出パターンをランク付けることができる。
更に、タッチ点９７１からタッチ点９７２まで回転動作が行われた時に、検出の移動は、動作がエミッタから離れる方向にかつレシーバに向けて滑るのか、又はその逆であるのかを区別する。特に、その後の検出が比較され、区別は、各検出パターンがタイプ１又は３に向けて似たものになっているか、タイプ２又は４に向けて似たものになっているのかに基づいている。
本発明の実施形態により同時のはす向かいのタッチ位置を判断する方法の略示流れ図である図１５２を参照する。作動１０３１で、図１４２及び１４３に示すｘ座標Ｄ１及びＤ２及びｙ座標Ｄ３及びＤ４のような２つのｘ座標及び２つのｙ座標を検出する。作動１０３２で、検出されたｘ座標を解析して、表Ｉに説明されたもの中から検出のパターンを識別する。作動１０３３で、作動１０３２で検出されたパターンに基づいて、かつ表ＩＩＩの「タッチ位置」欄に基づいて、指定されたスクリーン縁部により近くに又はそこからより遠く発生したタッチに従って、検出されたｘ座標をランク付ける。ｙ座標は、指定された縁部からの距離を表している。作動１０３４で、各ランク付けられたｘ座標を対応するｙ座標と組み合わせる。ｘ座標に対して行った作動１０３２〜１０３４と同様に作動１０３５〜１０３７をｙ座標に対して行う。作動１０３８で、２組の結果を比較する。
本発明の実施形態により時計回りと反時計回りの動作を区別する方法の略示流れ図である図１５３を参照する。作動１０４１で、２つの滑り動作をｘ軸に沿って検出する。各滑り動作は、一連の接続されたタッチ位置として検出される。従って、図１４２及び図１４３を参照すると、第１の滑り動作は、ｘ座標Ｄ１で始まるタッチ位置の接続された連続として検出され、第２の同時滑り動作は、ｘ座標Ｄ２で始まるタッチ位置の接続された連続として検出される。作動１０４２で、ｘ−滑り検出を解析して、表ＩＩＩに説明されたパターンの中から各々の連続で発生した検出のタイプを判断する。
作動１０４３で、作動１０４２で検出されたパターンに基づいて、かつ表ＩＩＩの「タッチ位置」欄に基づいて、指定されたスクリーン縁部により近くに又はそこからより遠くに発生したタッチに従って、ｘ滑り検出をランク付ける。作動１０４３は、時間間隔にわたる接続されたタッチ検出の連続に関する。各連続は、一般的に、滑りが指定された縁部により近かったか、又はそこからより遠くであったかにより、表ＩＩＩに説明されたパターン１及び３又はパターン２及び４のタッチ検出を含む。滑りを含む個々の検出を解析することに加えて、滑りが経時的な検出の強度の比較に基づいて、指定された縁部に近づいているのか、又は遠ざかっているのかを判断するためにその一連のタッチ検出も解析される。例えば、複数のパターン１検出を有する検出の１つの連続では、遮断された光の量が時間と共に増加する場合に、滑りはレシーバに向けて移動しているか、又はそうでなければ滑りは、エミッタに向けて移動していると推測される。
ｙ座標は、エミッタの縁部のような指定された縁部からの距離を表している。作動１０４３で、各ランク付けられたｘ軸滑りを対応するｙ軸滑りと組み合わせる。ｘ軸滑りに対して行われた作動１０４２〜１０４４と同様に、作動１０４５〜１０４７が、ｙ軸滑りに対して行われる。作動１０４８で、２組の結果を比較する。ステップ１０４９で、回転動作が時計回りか又は反時計回りかに関して区別が行われる。
図６３及び図７９は、各ビームの左右の半分が図７０及び８２に示すように隣接ビームに重なり合うエミッタ及びレシーバの位置合せを示している。３つのビーム、すなわち、ビーム１６７、１６８、及び１６９が、これらの図に示されている。ビーム１６７の左半分は、ビーム１６８の右半分に重なり合い、ビーム１６７の右半分は、ビーム１６９の左半分に重なり合う。従って、ビーム１６７内のあらゆる位置でのタッチは、２つのビームにより検出される。２つの検出ビームは、図の光検出区域９１０〜９１２に示すように、ビームの幅に沿って異なる検出勾配を有する。
光減衰の勾配は、ビームの幅にわたって実質的に線形である。従って、異なる検出信号の重みつけ平均が、式（２）及び（３）を使用して１つの軸線に沿った位置を計算するのに使用される。式（２）は、いくつかのｎ個のサンプルに拡張される。例えば、ビームａの中心での指がビームの予想された信号の４０％を遮断し、ビームｂの予想された信号のどれも遮断しない場合に、Ｗa及びＷbは、それぞれ０．４及び０、及び位置Ｘpは、以下のようにと計算される。
Ｘp＝（０．４*Ｘa＋０*Ｘb）／（０．４＋０）＝Ｘa
Ｘpの同じ値が、スクリーン位置のスタイラスに対して得られ、このスタイラスは、その指よりも狭いことのために、ビームａの予想された信号の２０％のみを遮断する。
同様に、ビームａ及びｂの中心間の指が両方のビームからの予想された光の類似の量、例えば、３０％を遮断した場合に、Ｘpは、
Ｘp＝（０．３*Ｘa＋０．３*Ｘb）／（０．３＋０．３）＝１／２（Ｘa＋Ｘb）
のように計算され、これは、ＸaとＸb間の中間点である。
位置合せ式エミッタ及びレシーバのシステム内の位置計算は、シフト位置合せ式エミッタ及びレシーバのシステム内の位置計算といくつかの点で異なる。位置合せ式エミッタ及びレシーバのシステムでは、ビームは、タッチ位置を指定するのに使用される座標系と位置合せされる。この場合に、タッチ位置は、第２の軸線に沿ったタッチ位置を顧慮せずに第１の軸線に沿って計算される。これとは対照的に、シフト位置合せ式のシステムでは、主ビーム座標、例えば、ビームａのＸａが、第２の軸線（Ｙinitial）上の仮定されたタッチ座標に基づいて判断される。
更に、位置合せ式エミッタ及びレシーバのシステムでは、ビームを横切って移動する物体によって生成された減衰及び信号強度パターンは、実質的にビームの長さに沿った全ての位置で同じである。図７６及び図１０７を参照して本明細書で上述したように、物体がビームの幅を横切って移動する時に、ビームを横切って移動するのがビームエミッタの近くか、検出器の近くか、又はスクリーン中心かに関わらず、実質的に類似の信号パターンが生成される。従って、重みＷa、Ｗb．．．Ｗnの初期正規化が、検出パターンに基づいて、シフト位置合せ式システムでは必要であり、位置合せ式システムでは不要である。
光遮断物体が図７０及び図８２のビーム１６７のようなビームの中心に置かれた時に、隣接ビームの一部は遮断される。例えば、ビーム１６７の４０％が遮断され、ビーム１６８の５％が遮断される。しかし、信号には、ランダムノイズ、更には、信号変動に対処することができる交替するファセットにより引き起こされるノイズがある。タッチが実はビーム１６７の中心なのか、又は僅かに中心からオフセットしているかを判断する技術が必要である。
本発明の実施形態により、各信号の複数のサンプルが採取されて、信号ノイズを除去するために組み合わされる。更に、隣接ビーム１６８及び１６９は、全ての３つの信号によって中心信号の中心回りでタッチが検出される図７２及び図１０６で分るように、ビーム１６７の中心の周りで重なり合うようにそれぞれの光学要素によって構成される。主な検出信号が１つのビーム内に集中される場合に、左右両方の隣接ビームからの検出信号は、タッチ位置計算の微調節するのに使用される。具体的には、隣接ビーム１６８及び１６９のフィルタリングされた信号は、ビーム１６７の中心からのオフセットを判断するのに使用される。
光学要素が２組の軸線に沿って光ビームを生成する３方向レンズを有する実施形態において、同様の計算は、第２の軸線システム上の位置を判断するために斜めの検出ビームに対して行われる。本明細書で上述したように、タッチ物体は、典型的には、直交する信号より大きい斜めの信号の部分を遮断する。
シフト位置合せ式エミッタ−レシーバ構成を参照して本明細書で上述した時空間フィルタは、同様に位置合せ式エミッタ−レシーバ構成においても適用される。
タッチスクリーン構成要素の較正
本発明の実施形態により光ベースのタッチスクリーンの較正及びタッチ検出の方法の略示流れ図である図１５４を参照する。一般的に、各エミッタ／レシーバ対信号は、機械式公差及び構成要素公差のために有意に他の対の信号と異なっている。全ての信号レベルが許容可能なＳＮ比を有する予め指定された範囲にあることを保証するために個々のエミッタ及びレシーバの較正が行われる。
本発明の実施形態により、（ｉ）パルス持続時間及び（ｉｉ）パルス強度、すなわち、エミッタ電流を個々に設定することによって較正を提供する。電力消費の理由から、大きい電流及び短いパルス持続時間が好ましい。信号が予め指定された範囲未満である時に、パルス持続時間及び／又はパルス強度を増大させる。信号が予め指定された範囲よりも大きい時に、パルス持続時間及び／又はパルス強度を低減する。
図１５４に示すように、較正（作動１０５１）を起動時に行い（作動１０５０）、かつ信号が予め指定された範囲外と検出された時に行う（作動１０５５）。タッチが検出されない時（作動１０５３）及び同じ軸線上の全ての信号が安定している、すなわち、信号差が時間持続時間にわたってノイズレベル内である時にのみ較正を行う（作動１０５４）。
各エミッタ／レシーバ対の基準信号値は、タッチを識別し、かつ近傍にわたるタッチ座標の重みつけ平均を計算するために比較の基準として使用される。エミッタ／レシーバ対の基準信号値は、通常信号レベルである。基準信号値は、起動で収集され、かつ周囲光の変化又は機械的変化のような変化が検出された時に更新される。一般的に、図１５４に示すように、信号が安定している時（作動１０５４）、すなわち、信号変動が時間と共にいくつかのＮ個のサンプルに対して予想された範囲にある時に基準信号値を更新する（作動１０５６）。
スクリーンのタッチ区域の内側のタッチは、スクリーン面を僅かに曲げる場合があり、タッチ区域の外側のフォトダイオードで検出された信号値に影響を与える反射が発生する。このような曲げは、スタイラスのようなタッチ物体が微細又は尖っている時の方が顕著である。このような曲げに適合するように、タッチが検出された時（作動１０５３）、タッチ区域の外側の全ての安定した信号（作動１０５８）には基準更新が行われる（作動１０５９）。タッチが存在せず、全ての信号が安定しているが（作動１０５４）、軸線に沿った信号が予想騒音レベルを上回って基準値と異なる時（作動１０５５）、エミッタを較正する（作動１０５１）。基準値の再較正及び更新には、スクリーンフレームの曲げ又は捩りによる機械的応力のため信号値のような一時的な信号値の影響を回避するために安定した信号が必要である。
ノイズにより更に誤差を回避するために、エミッタ／レシーバ対の結果が予想騒音レベルを上回って前回の結果と異なる場合に、新しい測定が行われ、最良の位置合せを得るために両方の結果が前回の結果と比較される。最終値が予想騒音レベル内である場合に、カウンタは増分される。そうでなければ、カウンタは、クリアされる。カウンタは、次に、基準値を更新する時及び再較正する時に、信号が安定か又は不安定かを判断するのに使用される。
毎回の完全な走査後に、信号は、それぞれの基準値で正規化される。正規化信号がタッチ閾値未満ではない場合、再較正又は基準値の更新が必要な場合に点検が行われる。正規化信号がタッチ閾値未満である場合に、タッチが検出される（作動１０５３）。
突然の外乱による擬似警報タッチ検出の危険性を低減するために、指が最初にスクリーンに触れる時のようなスクリーンとの初期タッチ点を検出する閾値は、スクリーンに触れる間のスクリーンに沿った指の滑りのようなタッチ点の移動を検出する閾値よりも厳しい。すなわち、スクリーン面に沿った物体の移動を検出するのに必要とされる差と比較して、初期タッチを検出するためにはより高い信号差が必要である。更に、再走査によりタッチが有効であり、かつタッチ位置がほぼ同じ位置で残ると確認するまで初期接触は未処理として処理される。
タッチ物体のサイズを判断するために（作動１０５７）、遮断された信号の範囲及び振幅が測定される。大きい物体に対しては、タッチが落ち着くまでスクリーンとの初期タッチ点を検出するための待ちがあり、その理由は、大きい物体のタッチは、一般的に、スクリーンに実際に触れる前に物体がスクリーンの近くにある時に検出されるからである。更に、大きい物体がタッチ区域に垂直ではない方向でスクリーンに近づく時に、その後の位置は、第１の接触位置から僅かに移動する。
しかし、ペン又はスタイラスのような小さい接触の区域を有する物体は、典型的には意図するスクリーン位置に直接に置かれる。従って、本発明の一部の実施形態において、微細な物体の初期接触を検出する待ちは、短縮されるか又は完全に省略される。
タッチスクリーンを有するデバイスが小袋又はポケットに保管された時の常にタッチ状態の検出を防止するために、タッチを生成する物体のサイズを制限することが有利であると見出されている。
作動１０５３で、有効なタッチを表す信号と機械式効果から生じる信号とを区別することも必要である。この点に関して、本発明の実施形態によりタッチによって生成された信号と機械式効果によって生成された信号との差を示す図である図１５５を参照する。図１５５の４つのグラフの各々は、１つのスクリーン軸線に沿った走査中の検出ビーム１〜１０を示している。図１５５で分るように、信号勾配により、有効なタッチと機械式効果が区別される。
本発明の実施形態により光ベースのタッチスクリーンを較正する時にパルス強度を設定する制御回路の略示図である図１５６を参照する。本発明の実施形態により光ベースのタッチスクリーンを較正する最小電流から最大電流に至るパルス強度の較正パルスのプロットである図１５７も参照する。図１５７は、６つの異なるパルス持続時間（ＰＵＬＳＥＴＩＭＥ１〜ＰＵＬＳＥＴＩＭＥ６）のプロット及び各プロットの１６個のパルス強度レベル（１〜１６）を示している。
図１５６の制御回路は、それぞれの可変抵抗器Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、及びＲ４を有する４つのトランジスタを含む。抵抗器の値は、信号レベルを制御し、その値の比率は、図１５６に示すパルス曲線の勾配を制御する。
本発明の実施形態により光ベースのタッチスクリーンを較正する略示パルス図及び対応する出力信号グラフである図１５８を参照する。略示パルス図は、図１５８では左にあり、かつタッチスクリーンを較正する時に制御回路により管理される異なるパルス持続時間ｔ0，…，ｔNを示している。図１５８に示すように、複数の漸次的変化は、パルスの持続時間を制御するのに使用され、複数の漸次的変化は、パルス電流を制御するのに使用される。対応する出力信号グラフは、図１５８では右にある。
図１５８に示すように、異なるパルス持続時間により、結果的に異なる立上り時間及び異なる振幅が得られる。アナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）サンプラがサンプル及びホールド回路を閉じる時間の近くに信号ピークが発生する。最大出力信号を取得するために、エミッタパルス持続時間は、Ａ／Ｄをサンプリング窓の端部で又はその近くで終了するように制御される。Ａ／Ｄサンプリング時間が一定であるので、Ａ／Ｄサンプリングの開始とパルス起動時間の間のタイミングｔdが重要なファクタである。
タッチスクリーン構成要素のアセンブリ
本明細書で上述したように、それぞれの光エミッタ及び光レシーバにフォーカスする光導波路を位置合せさせる時に、光ベースのタッチスクリーンで正確な精度をもたらすために最小限の公差が必要である。小さい位置合せ不良は、光ビームを変えることにより、タッチ検出の精度を大きく劣化させかねない。適切にそれぞれの導光体と位置合せされるように正確に面装着型レシーバ及びトランスミッタを置くことは困難である。
この困難さのために、本発明の実施形態において、導光体及びトランスミッタ又はレシーバは、図１１５〜図１１８を参照して上述したように、単一のモジュール又は光学要素に組み合わされる。
一部の事例では、例えば、標準的なエミッタ及びレシーバ構成要素を使用するために、光学要素にエミッタ又はレシーバを組合せないことが有利である場合がある。このような事例では、構成要素の精密配置が極めて重要である。
本発明の一部の実施形態において、フェザーパターンを含む光学レンズは、スクリーンの上に装着されるフレームの一部である。図４６は、ＬＥＤ２００とは別々であるこのようなフレーム４５５の断面を示している。
本発明の実施形態により基板、取りわけプリント回路基板又は光学要素上にエミッタ又はレシーバのような構成要素を位置決めする精度を増大させるために毛細効果がどのように使用されるかを示す図である図１５９を参照する。図１５９では、光学要素又は一時的ガイド５１３と位置合せされなければならないエミッタ又はレシーバ３９８が示されている。光学要素又は一時的ガイド５１３は、ガイドピン７６４によりプリント回路基板７６３に固定される。半田パッド７６５が、構成要素半田パッド７６６からオフセットして置かれる。プリント回路基板７６３は、次に、半田付けに向けて加熱オーブンに挿入される。
本発明の実施形態により加熱オーブンを通過した後の図１５９のプリント回路基板７６３を示す図である図１６０を参照する。図１６０に示すように、構成要素３９８は、光学要素又は一時的ガイド５１３のノッチ７６８及び空洞７６９により案内された半田の毛細効果により所定の位置に吸引される。一時的ガイドが使用される時に、それは、その後の半田付けに向けて再利用することができる。
図１５９及び図１６０を参照して説明した工程は、電子デバイスの量産での使用に向けて適切である。
光ベースのタッチスクリーンのためのＡＳＩＣコントローラ
本発明の態様は、一連のエミッタ及び検出器に対して走査プログラムを実行する新しい光ベースのタッチスクリーンＡＳＩＣコントローラのためのプログラマブル状態機械の設計及び使用に関する。走査プログラムは、走査シーケンス、電流レベル、及びパルス幅を判断する。コントローラは、ＬＥＤ電流制御のための一体型ＬＥＤドライバ、光検出器電流測定値のための一体型レシーバドライバ、及びシリアル周辺インタフェース（ＳＰＩ）のような標準的なバスインタフェースを使用してコントローラとホストプロセッサの間の通信を可能にする一体型Ａ／Ｄコンバータを含む。
本発明により、プログラムは、例えば、ＳＰＩでコントローラ上に取り込まれる。次に、システム全体電力消費量を最適化するホストプロセッサとは独立して走査実行が実行される。走査データが準備された時に、コントローラは、ＴＮＴピンを通じてホストプロセッサに割り込みを出す。
本発明の実施形態により光ベースのタッチスクリーンシステム及びそのＡＳＩＣコントローラの略示図である図１６１を参照する。
本発明の実施形態により光ベースのタッチスクリーンのコントローラのためのチップパッケージの回路図である図１６２を参照する。
図１６２に示すように、チップパッケージ７３１は、チップパッケージの外側にある複数のフォトエミッタ２００を選択的に起動するエミッタドライバ回路７４０、及びエミッタドライバ回路７４０にフォトエミッタ２００を接続する信号伝導ピン７３２を含む。エミッタドライバ回路７４０は、２００９年２月１５日出願の「光ベースのタッチスクリーン」という名称の本出願人の現在特許出願中の米国特許出願出願番号第１２／３７１，６０９号明細書に説明されており、この特許の内容は、引用により本明細書に組み込まれている。取りわけ、２００９年７月３０日に米国特許公開第２００９／０１８９８７８ Ａ１号明細書で公開されているように、この出願のパラグラフ［００７３］、パラグラフ［００８７］〜［００９１］及び図１１を参照されたい。
エミッタドライバ回路７４０は、プログラマブル電流ソースを通じて各エミッタ−検出器対に対して個々のフォトエミッタパルス持続時間及びパルス電流を設定する回路７４２を含む。回路７４２は、２０１１年３月２１日出願の「シフト位置合せ式エミッタ及びレシーバレンズを有する光ベースのタッチスクリーン」という名称の本出願人の現在特許出願中の特許出願出願番号第１３／０５２，５１１号明細書に説明されており、この特許の内容は、引用により本明細書に組み込まれている。取りわけ、２０１１年７月７日に米国特許公開第２０１１／０１６３９９８号明細書で公開されているように、この出願のパラグラフ［０３４３］〜［０３５８］及び図９９〜図１０１を参照されたい。
チップパッケージ７３１は、チップパッケージの外側にある複数の光検出器３００を選択的に起動する検出器ドライバ回路７５０、及び検出器ドライバ回路７５０に光検出器３００を接続する信号伝導ピン７３３を含む。検出器ドライバ回路７５０は、連続フィードバック帯域通過フィルタを実行することによって光検出器３００から受け取られた電流をフィルタリングする回路７５５、及び帯域通過フィルタリング後の電流をデジタル化する回路７５６を含む。回路７５５は、取りわけ、先に参照した米国特許公開第２００９／０１８９８７８ Ａ１号明細書のパラグラフ［００７６］、パラグラフ［１０７］〜［０１６３］及び図１４〜２３Ｂに説明されている。チップパッケージ７３１は、光検出器３００上で検出された測定された光量を表す検出信号を生成する検出器信号処理回路７５３も含む。
チップパッケージ７３１は、更に、ホストプロセッサ７７２と通信する入出力ピン７３６を含む。チップパッケージ７３１は、更に、エミッタドライバ回路７４０、及び検出器ドライバ回路７５０を制御する制御回路７５９を含む。コントローラ回路７５９は、シリアル周辺インタフェース（ＳＰＩ）７７５のバス規格を使用してホストプロセッサ７７２と通信する。チップパッケージ７３１は、更に、光ベースのタッチスクリーンのための少なくとも１つの付加的なコントローラ７７４との制御回路７５９の作動を調節するチップ選択（ＣＳ）ピン７３７を含む。
図１６２に示すコントローラは、チップパッケージ７３１内に上述の要素の全てをパッケージ化し、（ｉ）それによって５２個のエミッタ−レシーバ対のような走査シーケンス全体の自動的な実行が可能であり、かつ（ｉｉ）それによってホストプロセッサ７７２によるその後の解析に向けて制御回路７５９に位置するレジスタアレイ内に検出信号が記憶される。このレジスタアレイにより、少なくとも５２個の１２ビットレシーバ結果が記憶される。個々のエミッタ−レシーバ対に向けて個々のパルス持続時間及びパルス電流を設定する制御回路７５９内の付加的なレジスタが設けられる。５２個の独特なエミッタ−レシーバ対をサポートするために、少なくとも１０４個のレジスタ、すなわち、個々のパルス持続時間を設定する５２個のレジスタ及び個々のパルス電流を設定する５２個のレジスタが置かれる。
本発明の実施形態によりチップパッケージ７３１のピン７３２への接続のための４つ又は５つの光エミッタが各列内にある６列の光エミッタの回路図である図１６３を参照する。１１本の線ＬＥＤ_ＲＯＷ１、ＬＥＤ_ＲＯＷ６、及びＬＥＤ_ＣＯＬ１、．．．、ＬＥＤ_ＣＯＬ５は、２６個の光エミッタの２次元アドレス指定を示すが、光エミッタは、図１５０に示すように、タッチスクリーンの２つの縁部周りに物理的に配置される。表ＩＶは、光エミッタＬＥＤからＬＥＤ_ＲＯＷ及びＬＥＤ_ＣＯＬピンまでのＬＥＤマルチプレックスマッピングを示している。より一般的には、ＬＥＤマトリックスは、コントローラ上のｍ＋ｎ個のＩ／ＯピンによりサポートされるＬＥＤのｍｘｎ個のアレイを含むことができる。
従って、ＬＥＤは、横列及び縦列入出力ピンの選択によりアクセスされる。コントローラは、横列及び縦列を選択するプッシュプルドライバを含む。ＬＥＤの横列及び縦列座標は、ＬＥＤ及びプッシュプルドライバの物理配置に無関係であることは、当業者により認められるであろう。特に、ＬＥＤは、物理的に矩形マトリックスに位置決めする必要はない。
本発明のコントローラの代替的な実施形態において、電流ソースドライバが、プッシュプルドライバの代わりに使用される。本発明のコントローラの別の実施形態において、プッシュプルドライバの一部は、電流ソースドライバと組み合わされ、プッシュプルドライバの他のものは、電流シンクドライバと組み合わされる。
（表ＩＶ）
光ベースのタッチスクリーンにおいてエミッタ及びレシーバのための専用コントローラを有する長所は、省電力化及び性能である。従来のシステムは、テキサス州ダラス所在のテキサス・インストルメンツにより製造されるＭＳＰ４３０チップのような従来のチップによりエミッタ及びレシーバが制御される。省電力化に関して、従来のチップは、電力消費チップ要素の全てにアクセスするわけではない。更に、従来のチップでは、エミッタと同期して外部要素の電源投入及び電源切断を行うことが可能ではない。例えば、従来のチップでは、レシーバとレシーバ光検出電流をデジタル化するアナログ／デジタルコンバータ（ＡＤＣ）とに接続された増幅器ユニットをエミッタの起動と同期して電源投入及び電源切断することができない。従来のシステムでは、これらの要素は、全ての走査シーケンスを通して電源が投入され続ける。これとは対照的に、本発明の専用コントローラは、エミッタ起動と同期してマイクロ秒の分解能でこれらの要素を電源投入及び電源切断することができる。コントローラブロックのこの及び他のこのような選択的な起動により、タッチシステムの全電力消費量がかなり低減する。実際には、増幅器、ＡＤＣ、及び他のコントローラブロックの電力消費量は、集合的な電力消費量がフォトエミッタ起動電源と比較すると取るに足りないという範囲まで低減される。従って、システム電源消費量は、フォトエミッタを起動する電力消費量とほぼ同じである。
本発明の専用コントローラが一連のエミッタ−レシーバ対を走査する時に、ＬＥＤドライバは、ＬＥＤ電流制御レジスタ及びＬＥＤパルス幅制御レジスタ内の設定に従ってＬＥＤにある量の電流を供給する。表Ｖは、２．７Ｖの電源による１００Ｈｚ時の５０個のエミッタ−レシーバ対に関する専用コントローラの電力消費量を示している。パルス持続時間及びパルス電流は、構成レジスタを使用して回路７４２を通じて設定される。電流消費量は、以下のように計算される。
１００Ｈｚ×５０個の起動対ｘパルス持続時間（μｓ）×パルス電流（μＡ）＝＝バッテリからの電力消費量（μＡ）
電力消費量は、以下のように計算される。
電力消費量（μＡ）*電圧（Ｖ）＝電力（ｍＷ）
（表Ｖ）
性能に関して、スクリーン周りでの全てのエミッタ−レシーバ対の走査を完了するのに必要とされる時間は、特に高速スタイラストレースに対して極めて重要である。本発明の実施形態によりエミッタ２００及びレシーバ３００によって取り囲まれたタッチスクリーンの略示図である図１６４を参照する。エミッタ２００は、走査シーケンスで走査され、例えば、エミッタ２００を図１６４に示す付番された順番１〜１６で走査することができる。タッチ点９００は、微細な点スタイラスを使用して高速走り書きで署名する人によって行われるタッチに対応する。３つの位置が、タッチ点９０のために示されている。時間ｔ１で、エミッタ１が起動した時に、スタイラスは、位置ａに位置する。時間ｔ２で、エミッタ１６が起動した時に、スタイラスは、ユーザが名称を署名する時の迅速な移動のために位置ｂに位置する。しかし、時間ｔ２でのスクリーン上での検出された位置は、位置ｂと異なる位置ｃであり、その理由は、時間ｔ２で、エミッタ１６が起動した時に、スタイラスは、時間ｔ１でその位置から移動しているからである。ｘ座標検出とｙ座標検出間のこのようなタイムラグにより、スクリーン上のスタイラスのタッチ位置を検出する際に誤差が生成される。これらの誤差は、高速スタイラス書き込みで最も顕著である。従って、できるだけ速く全ての走査シーケンスを完了することが望ましい。
本発明の専用コントローラは、従来のチップよりも速く走査シーケンスを完了する。本発明の専用コントローラは、自動的に全ての走査シーケンスを実行するのに必要なパラメータを記憶するレジスタアレイを含む。専用コントローラは、更に、走査シーケンスに向けてフィルタリング後のデジタル結果を記憶するレジスタアレイを含む。これとは対照的に、従来のチップでは、全てのレジスタが利用可能であるというわけではなく、レジスタ内の構成データは、自動的には構文解析されない。従って、従来のチップを使用する走査シーケンス中、いくつかのサイクルが、エミッタ起動を更に構成するためにかつ結果を読み取るのに必要とされる。
本発明の実施形態により、エミッタ及びレシーバの個数が単一の専用コントローラによりサポートすることができる個数よりも多い構成に対しては、複数のコントローラが使用される。複数のコントローラは、走査を実行する前に各々構成され、次に、走査は、迅速に連続して各コントローラによって実行される。この実施形態に対して、全てのコントローラにおいてレジスタを形成した後に、ホストは、図１６２に示すチップ選択（ＣＳ）ピンを使用して第１のコントローラチップを選択し、そのチップを起動する。そのチップ上の走査シーケンスが完了した時に、チップは、ホストに割り込みを送る。ホストは、次に、そのＣＳピンを使用して第２のコントローラチップを選択し、第２のチップの走査シーケンスを実行する。コントローラチップの全てがそれぞれの走査を完了した後に、ホストは、各チップから結果を読み取ってタッチ位置を計算する。
この点に関して、本発明の実施形態により２つのコントローラで構成されたタッチスクリーンを示す略示適用図である図１６５を参照する。図１６５では、ＬＥＤ及びシフト位置合せ式ＰＤで取り囲まれたタッチスクリーン８００が示されている。２６個のＬＥＤ、ＬＥＤ1〜ＬＥＤ26が、デバイス１からのＬＥＤピンに第１のスクリーン縁部に沿って接続され、付加的なＬＥＤ、ＬＥＤ1〜ＬＥＤCRが、この縁部に沿ってデバイス２からのＬＥＤピンに接続される。反対側の縁部に沿って、ＰＤは、ＬＥＤとシフト位置合せされる。デバイス１ＬＥＤから光を検出するＰＤが、デバイス１ＰＤピンに接続され、デバイス２ＬＥＤから光を検出するＰＤが、デバイス２ＰＤピンに接続される。２つのＰＤ５に各ＬＥＤを接続する破線は、各ＬＥＤからの光がどのように２つのＰＤにより検出されるかを示している。各ＰＤは、２つのＬＥＤ５から光を検出する。
図１６５に示すように、デバイス１のＰＤ27は、デバイス１のＬＥＤ26から、及びデバイス２のＬＥＤ1からも光を検出する。従って、ＰＤ２７は、デバイス１のＰＤ２７ピンに、及びデバイス２のＰＤ１ピンにも接続される。デバイス１のＬＥＤ26から光を検出した時に、ＰＤ27は、デバイス１のＰＤ27ピン上でサンプリングされ、その結果は、デバイス１上に記憶され、デバイス２のＬＥＤ1から光を検出した時に、ＰＤ27は、デバイス２のＰＤ1ピン上でサンプリングされ、その結果は、デバイス２上に記憶される。従って、各コントローラは、それぞれのＰＤ起動とＬＥＤ起動を調節する。ホストプロセッサは、２つのデバイスからのＰＤ結果を補間することによってデバイス１〜デバイス２の境界に沿ったタッチ位置を計算する。
従来のチップを使用する走査シーケンスの性能対本発明の専用コントローラを使用する走査の性能を示すグラフである図１６６を参照する。各々の完全なスクリーン走査の持続時間は、専用コントローラでよりも従来のチップでの方が長い。専用コントローラでは、走査シーケンス間のエネルギ消費量を下げることができて更なる省電力化が得られ、その理由は、特に、走査シーケンス間の時間の範囲が、従来のチップを使ってよりも専用コントローラを使っての方が増加させることができるからである。複数の走査のタッチ点を接続するために、ホストプロセッサは、スプライン補間又はそのような他の予想的符号化アルゴリズムを使用してユーザのペンストロークに適合する平滑な線を生成することができる。本発明の専用コントローラを使用する時に、各タッチ点は非常に正確であることが重要である。
更に、従来のチップを使用する時には、本発明の専用コントローラを使用するホストが起こり得る限度の域を超えて走査周波数を増大させる場合があることが図１６６から明らかである。例えば、ホストは、本発明のコントローラを用いて、１０００Ｈｚで５０個のエミッタ−レシーバ対を走査することができる。これとは対照的に、従来チップを使用するタッチスクリーンは、典型的には、１００Ｈｚ又はそれ未満の周波数で作動する。１０００Ｈｚに対応する高いサンプリング速度は、時間と共に正確なタッチ位置計算を可能にする。その結果、スタイラス位置とスクリーンに沿ってスタイラスの経路を表す線との間に、上述のラグ時間を実質的に低減すると同時にスタイラスが停止したままの時に実質的に上述のジッタ効果を排除するタッチ座標の時間的フィルタリングが可能である。
１０００Ｈｚでの５０個程度のエミッタ−レシーバ対このような高いサンプリング速度は、個々のＬＥＤが起動の前に構成を必要とする場合には達成することができない。本発明の専用コントローラは、自動的に全ての走査シーケンスを起動するためにレジスタ及び回路を設けることによってこのような高いサンプリング速度をもたらす。
短い時間に複数の走査シーケンスを完了する更に別の長所は、タッチ信号の曖昧性除去である。不明瞭な信号の問題は、図１５及び１６を参照して上述している。上述したように、図１５及び１６に示すようなスクリーン斜線に沿った２つの同時タッチに向けて光検出器の同じ検出パターンが受け取られる。スクリーン上に２つの指を置いた時に、固有のラグが、第１及び第２のタッチの間に存在する。非常に短い時間に複数の走査シーケンスを完了すると、システムは、明確である第１のタッチを判断することができる。次に、第２のタッチが検出された時に第１のタッチが維持されると仮定して、第２のタッチ位置が簡単に解像される。例えば、１つのタッチが左上コーナにあり、タッチ検出パターンが図１５及び１６に示すように見えると判断された場合に、第２のタッチ位置は、スクリーンの右下コーナであることは間違いない。
従って、本発明による専用コントローラは、電源効率が高く、非常に正確であり、かつ高いサンプリング速度を可能にすることが当業者により認められるであろう。ホストは、１００Ｈｚ又はそれ未満に対応する低電力に向けて、又は５００Ｈｚ〜１０００Ｈｚのような高周波数走査に向けてコントローラを構成する。
どの構成が適切であるかの判断は、取りわけ、タッチポインタによって覆われるタッチスクリーンの面積に基づいており、その理由は、ジッタ及びラグが、指タッチのような相対的に広い領域の上に重なるタッチの場合に、スタイラスタッチのような比較的小さい区域の上に重なるタッチの場合ほど顕著でないからである。光ベースのタッチスクリーン信号の影付き区域のサイズにより判断される時のポインタによって覆われる面積に基づいて、ホストは、指又はスタイラスが使用されたか否かを判断し、電源と精度の間の妥協に基づいて適切な走査速度を構成する。
本発明の実施形態により、専用コントローラは、ＬＥＤを選択的に起動する走査範囲レジスタと、各起動に対して電流の量及び持続時間を指定する電流制御及びパルス持続時間レジスタとを含む。走査範囲レジスタは、各スクリーン縁部に沿って起動すべき第１のＬＥＤ及び第１のＰＤと、各縁部に沿って起動すべきＬＥＤの数と、起動ＬＥＤ間のステップ係数とを指定する。０のステップ係数は、各ステップで次のＬＥＤが起動することを示し、１のステップ係数は、あらゆる他のＬＥＤが起動することを示している。従って、奇数のみ又は偶数のみのＬＥＤを起動するために、１のステップ係数が使用される。２又はそれよりも大きいステップ係数は、それぞれ、２つ又はそれよりも多くのＬＥＤのステップに使用することができる。付加的なレジスタは、各ＬＥＤで起動するＰＤの数を構成する。０の値は、各ＬＥＤが単一の対応するＰＤで起動することを示し、１の値は、各ＬＥＤが２つのＰＤで起動することを示している。各ＬＥＤで起動するＰＤの数は、タッチスクリーンの周りで利用可能であるＰＤの数と同じとすることができる。
省電力化するために、初期タッチ位置を検出する低分解能走査モードを有することが有利である。ホストは、例えば、タッチが検出されない時にこのモードで作動させることができる。タッチが検出された時に、ホストは、図１３６を参照して上述したように、正確なタッチ位置を計算するために高分解能走査モードに切り換わる。コントローラ走査シーケンスレジスタの観点から、あらゆるエミッタが起動し、１つのレシーバでステップ＝０である。図１３６（ｄ）の走査シーケンスは、各スクリーン縁部上でシーケンスに使用される初期ＰＤにおいて図１３６（ｅ）と異なっている。具体的には、第１のＰＤ、すなわち、ＰＤ０が、図１３６（ｄ）に使用され、第２のＰＤ、すなわち、ＰＤ１が、図１３６（ｅ）に使用される。各スクリーン縁部に沿って使用される初期ＰＤは、レジスタによって構成される。
各ＬＥＤが１つよりも多いＰＤで起動する時に、ＬＥＤは、ＰＤの各々に対して別々に起動する。各このような別々の起動は、それぞれの電流制御レジスタ及びパルス持続時間レジスタを有する。
本発明のコントローラは、望ましいＬＥＤに電流を誘導するように自動的に多重通信回路を制御する。ＬＥＤ多重通信回路制御は、走査制御レジスタにより設定される。コントローラは、ドライバがＬＥＤにパルスを与える時に自動的に正しいＰＤレシーバを同期させる。１２ビットのＡＤＣレシーバ情報が、ＰＤデータレジスタに記憶される。走査が完了すると、コントローラは、ホストプロセッサに割り込みを出して、自動的に待機モードに入る。ホストは、次に、ＳＰＩインタフェースにわたって走査シーケンス全体のためのレシーバデータを読み取る。
一部のタッチスクリーン構成では、エミッタは、レシーバとシフト位置合せされ、エミッタは、１つよりも多いレシーバにより検出され、かつ各検出レシーバに対して１回又はそれよりも多くの回数で起動される。例えば、エミッタを迅速に連続して３回起動することができ、各起動で、異なるレシーバが起動される。更に、レシーバは、周囲光強度を判断するためにエミッタ起動間の間隔中に更に起動される。
他のタッチスクリーン構成では、エミッタ及びレシーバが位置合せされるが、各エミッタは、１つよりも多いレシーバにより検出され、各エミッタは、各検出レシーバに対して別々に起動される。エミッタ−レシーバ起動パターンは、２０１０年１月５日出願の「タッチスクリーンの走査」という名称の本出願人の現在特許出願中の特許出願出願番号第１２／６６７，６９２号明細書に説明されており、この特許の内容は、引用により本明細書に組み込まれている。取りわけ、２０１１年２月２４日に米国特許公開第２０１１／００４３４８５号明細書に公開されているようなこの出願のパラグラフ［００２９］、［００３０］、［００３３］、及び［００３４］を参照されたい。
本発明の実施形態によりエミッタ及びレシーバのシフト位置合せ構成を有するタッチスクリーン８００の略示図である図１６７を参照する。図１６７では、スクリーン８００の南縁部に沿ったエミッタ２０４〜２０８、スクリーン８００の北縁部に沿ったシフト位置合せ式レシーバ３０６〜３１１、スクリーン８００の東縁部に沿ったエミッタ２０９〜２１１、及びスクリーン８００の西縁部に沿ったシフト位置合せ式レシーバ３１２〜３１５が示されている。レシーバの各縁部は、スクリーン８００のコーナでタッチを検出するために反対側の縁部に沿ったエミッタの数よりも１つ又はそれよりも多くレシーバを有することに注意されたい。ビーム１７４は、エミッタ２０４の起動及びレシーバ３０６による検出を示している。表ＶＩは、エミッタ−レシーバ対の観点から起動シーケンスを説明している。
（表ＶＩ）
起動第１０、２０８−３１１は、スクリーン８００の水平寸法に沿った最終起動である。起動第１１は、スクリーン８００の垂直寸法に沿った第１の起動である。コーナのこのような回転により、スクリーン縁部に沿って起動パターンが変化する。具体的には、スクリーン縁部に沿った起動パターンは、形式ＡＡ−ＡＢ−ＢＢ−ＢＣ−ＣＣ−ＣＤ．．．であり、各対の第１の文字は、エミッタを指定し、第２の文字は、レシーバを指定する。従って、ＡＡ−ＡＢでは、同じエミッタが、２つのレシーバで起動し、ＡＢ−ＢＢでは、２つのエミッタが、同じレシーバで起動する。コーナを回った時に、起動第１１と同様に、パターンがリセットされる。有効エミッタ２０９は、以前に起動したレシーバ３１１により検出されず、その理由は、エミッタ２０９及びレシーバ３１１は、反対側のスクリーン縁部に沿って位置していないからである。代替的に、エミッタ２０９は、レシーバ３１２により検出され、従って、垂直のスクリーン寸法に沿った新しいＡＡ−ＡＢ−ＢＢ−ＢＣ．．．起動パターンが開始される。コントローラは、走査シーケンスレジスタに基づいてパターンリセットを処理し、これは、スクリーン縁部に沿った走査がいつ完了したかを示すものである。
本発明の実施形態により各スクリーン縁部に沿って交替するエミッタ及びレシーバを有するタッチスクリーン８００の略示図である図１６８を参照する。図１６５に示すように、各エミッタは、２つのレシーバの間に位置し、従って、何らかの番号ｎに対して、所定の縁部に沿ってｎ個のエミッタ及びｎ＋１つのレシーバがある。図１６５は、１０個のエミッタ２０４〜２１３及び１４個のレシーバ３０６〜３１９によって取り囲まれたタッチスクリーン８００を示している。図１６４を参照して上述したように、各エミッタは、２つのレシーバと対にされる。図１６８内の破線の矢印１７４及び１７５は、エミッタ２０４の２回の起動、すなわち、レシーバ３１６により検出された起動及びレシーバ３１５により検出された別の起動を示している。
本発明の実施形態により、起動シーケンスがスクリーン縁部に沿って一連のエミッタの端部に達した時に、起動パターンは、隣接した縁部に沿ったエミッタが起動する時に再開される。本発明の別の実施形態により、検出レシーバによる各エミッタの向きの角度は、垂線からエミッタが配置される縁部まで実質的に４５°である。このような場合に、隣接した縁部に沿ったレシーバは、スクリーンコーナの近くのエミッタから光を検出するように作動する。従って、起動パターンは再開されず、代わりに、一連の起動エミッタがコーナを回る時に続行される。代替的に、コントローラは、各スクリーン寸法に沿ってコントローラにより起動すべき最終ＬＥＤの索引を記憶するためにレジスタを使用してコーナを回った時に起動パターンを再開することができる。
本発明の実施形態により、コントローラは、単純な状態機械であり、かつＡＲＭコアのようなプロセッサコアを含まない。従って、本発明のコントローラの費用は低い。本発明のコントローラを使用する光ベースのタッチスクリーンは、同等の容量性タッチスクリーンほどは費用が掛からず、その理由は、容量タッチスクリーンには、多くの信号を積分してタッチ位置を計算するためにプロセッサコアが必要であるからである。迅速な応答時間をもたらすために、容量タッチスクリーンは、ホストプロセッサにこの計算をアンロードする代わりに、専用プロセッサコアを使用してタッチ位置を計算する。逆に、これは、容量タッチスクリーンの材料費を増加させる。これとは対照的に、本発明の光ベースのタッチスクリーンでは、２つの隣接レシーバ値を使用して軸線に沿ったタッチ位置を計算し、それによってホストは、タッチ位置を計算することができ、その結果、低コストコントローラの使用が可能である。
本発明の実施形態により、複数のコントローラは、タッチスクリーン８００を制御するように作動させることができる。上述したように、チップパッケージ７３１は、光ベースのタッチスクリーンのための少なくとも１つの付加的なコントローラ７７４との走査コントローラ回路７５９の作動を調整するチップ選択（ＣＳ）ピン７３７を含む。
本発明の一実施形態により、コントローラは、本明細書で上述した構成第６のタッチスクリーンに対して起動シーケンスをサポートする。第１の実施形態において、エミッタは、２つのスクリーン縁部に沿った位置決めされ、直反対側のそれぞれのレシーバは、図６３に示すように、残りの２つのスクリーン縁部に沿った位置決めされる。各エミッタは、そのそれぞれのレシーバに２ピッチ幅の光ビームを送る。図６４を参照して本明細書で上述した要素５３０のような光学要素は、隣接幅広ビームとこの幅広ビームをインターリーブしてスクリーンを覆う２組の重なり合う幅広ビームを生成し、例えば、１つ置きのビームを含む組がスクリーンを覆う。図６９は、エミッタ２００が間にあってそれぞれのエミッタ２０１及び２０２によって生成されたビーム１６８及び１６９によって覆われた隣接区域を示している。
２つの起動シーケンス、すなわち、タッチが検出されない時の低分解能の検出のための起動シーケンス、及び１つ又はそれよりも多くの検出されたタッチをトレースする高分解能検出のための起動シーケンスが供給される。低分解能の検出では、１つ置きのエミッタ−レシーバ対が、１つのスクリーン縁部に沿って起動する。矩形スクリーンに対しては、短い方の縁部が使用される。均一に構成要素の使用を配分するためにエミッタ−レシーバ対の奇数と偶数の組が交互に起動される。従って、低分解能の検出では、各エミッタは、１つのレシーバで起動するように構成され、ステップ係数は１であり、すなわち、１つ置きのエミッタが起動される。高分解能検出モードでは、各エミッタは、１つのレシーバで起動するように構成され、ステップ係数は０であり、すなわち、全てエミッタが起動される。このモード内の走査は、両方のエミッタを並べたスクリーン縁部に沿ってエミッタを起動する。
代替的な実施形態において、エミッタ及びレシーバは、図７９に示すようにスクリーン縁部に沿って交替している。各エミッタは、そのそれぞれのレシーバに２ピッチ幅の光ビームを送る。図６４を参照して本明細書で上述した要素５３０のような光学要素は、隣接幅広ビームとこの幅広ビームをインターリーブしてスクリーンを覆う２組の重なり合う幅広ビームを生成し、例えば、１つ置きのビームを含む組がスクリーンを覆う。図７８は、レシーバ３００が間にあってそれぞれのエミッタ２０１及び２０２によって生成されたビーム１６８及び１６９によって覆われた隣接区域を示している。
この実施形態において、３つの起動シーケンス、すなわち、１つの軸線上の検出を使用する低分解能検出のための起動シーケンス、２つの軸線上の検出を使用する高分解能検出のための起動シーケンス、及び４本の軸線での検出を使用する高分解能検出のための起動シーケンスが供給される。低分解能の検出では、１つ置きのエミッタ−レシーバ対が、１つのスクリーン縁部に沿って起動される。矩形スクリーンに対しては、短い方の縁部が使用される。均一に構成要素の使用を配分するために、奇数及び偶数の組のビームが交互に起動される。しかし、隣接ビームが反対方向に向けられるので、エミッタは、エミッタの指標が単一のスクリーン縁部に沿って増分されるように構成されるような方法でＡＳＩＣ ＬＥＤコネクタに接続される。従って、ステップ係数は０であり、すなわち、１つ置きのビームが起動され、起動連続は、有効縁部に沿った最終エミッタで終了する。代替的な実施形態において、エミッタは、エミッタの指標が一連のビームと共に増分するように構成されるような方法でＡＳＩＣ ＬＥＤコネクタに接続される。この場合に、ステップ係数は１であり、すなわち、１つ置きのビームが起動される。
２つの軸線に沿ったビームを使用する高分解能検出モードでは、各エミッタは、１つのそれぞれのレシーバで起動するように構成され、従って、ステップ係数は０であり、起動連続は、全てのエミッタをカバーする。
４本の軸線に沿ったビームを使用する高分解能検出モードでは、複数の起動が実行される。第１の起動は、水平及び垂直軸線に沿ったビームを起動する。初期エミッタ指標は、初期レシーバ指標に適合し、エミッタ指標は、レシーバ指標と共に増分される。第２の起動連続は、第１の組の斜めのビームを起動する。この場合に、初期エミッタ及びレシーバ指数は、初期エミッタからの斜めビームの１つの終点を定義する。エミッタ指標は、次に、スクリーン周りのレシーバ指標と共に増分される。第３の起動連続は、第２の組の斜めのビームを起動する。この場合に、初期エミッタ及びレシーバ指数は、初期エミッタからの第２の斜めビームの終点を定義する。
弾力性タッチ面
本発明の実施形態により可撓性圧縮性層が面の上にあるタッチ面の略示図である図１６９を参照する。タッチ検出を供給するために面の上方で横断する光ビームは、圧縮性層を通して誘導される。図１６９は、ＰＣＢ７００上のエミッタ２００及びレシーバ３００と、ディスプレイ６４２の上方に位置して導光体の外縁に接合された弾力可撓性層６５０とを示している。導光体は、２つのユニット、すなわち、上側部分４６３及び下側部分４６４を有する。一般的に、層６５０は、ディスプレイ４６２が見えるように透明である。
本発明の実施形態による図１６９のタッチ面の拡大図である図１７０を参照する。図１７０に示すように、光ビーム１００は、エミッタ２００から導光体ユニット４６３及び４６４を通って可撓性層６５０に進む。光ビーム１００は、図１６９に示すそれぞれのレシーバ３００により面の反対側の縁部で検出される。
本発明の実施形態により図１６９のタッチ面の可撓性圧縮性層を押し下げてその上に圧痕を生成する物体の略示図である図１７１を参照する。図１７１に示すように、ユーザは、層６５０上で指９００を押圧し、ビームがレシーバ３００に到達することができる前に圧痕の位置を横切って移動するあらゆるビーム１００を阻害又は抑圧する。ビーム１００のこのような阻害又は抑圧は、２つの測定可能な効果、すなわち、（ｉ）ビームが向けられた対応するレシーバ又はレシーバ群３００での検出信号の減少、及び（ｉｉ）抑圧されたビームを受け取るレシーバの他のものでの検出信号の増大を有する。更に、圧痕が大きいほど、阻害が大きい。従って、一部のレシーバでの行方不明の予想された光の量及び他のレシーバでの検出増大のパターンは、層６５０上で指９００により掛けられる圧力の量を示している。
層６５０が単一のゲル状本体として形成された時に、大量の下向きの圧力により生成された深い圧痕は、浅い圧痕より広い半径を有する。次に、レシーバで検出される光量は、この半径の幅を示し、それによって指９００によって印加された下向き力の量が決まる。
一般的に、本発明の実施形態の場合のように伝達体内への圧痕により生成される遮断かつ抑圧されたビームのパターンは、物体が伝達体の面に到達するがそこに圧痕を形成しない時に剛体内に伝達される光の抑圧された内部全反射よりもより有意である。
本発明の実施形態により可撓性圧縮性層が面の上にある代替タッチ面の略示図である図１７２を参照する。図１７２のタッチ面では、可撓性層６５０は、導光体ユニット４６３の上縁と面一であり、かつ空隙８４３を形成するためにディスプレイ６４２の面の上方に吊される。図１７２は、エミッタ２００から放出された２つの光ビームを示している。第１の光ビーム１００は、層６５０を通り、第２の光ビーム１０１は、空隙８４３を横切って進む。
本発明の実施形態により図１７２のタッチ面の可撓性圧縮性層を押し下げてその上に圧痕を生成する物体の略示図である図１７３を参照する。上から彼の指９００を層６５０に押圧するユーザは、層を曲げてビーム１００を乱す。更に、湾曲した層は、空隙８４３に延びてビーム１０１を遮断する。
本発明の代替的な実施形態において、層６５０は、薄い弾性膜であり、空隙８４３の内側のビームのみがタッチ検出に使用される。この代替的な実施形態において、光は、膜を通じて送られず、膜は、デバイスを包み込むことができる。
本発明の一部の実施形態において、薄い透明な弾性膜は、タッチ面にパチンと留まり、パチンと外れるフレームの内側に置かれる。一実施形態において、警察又は消防署のための受話器は、上述したように光ベースのタッチ面を含み、この光ベースのタッチ面は、弾性上層なしで一般的に使用される。しかし、警官又は消防士が水又はデブリが面に当たって面でのタッチ検出を妨げる可能性がある悪環境に遭遇した時に、警官又は消防士は、透明な弾性層をパチンと留める。弾性層は、面を保護し、かつ水及びデブリが光ビームに到達して間違ったタッチ検出を引き起こすのを防止する。弾性層を通して行われるタッチは、先が尖った物体によって面上へ押される時に弾性層にテーパが付くために、弾性層なしで行われるタッチよりも粗い分解能で検出され、更に、悪環境では、警官又は消防士は、手袋を着用していることが多く、それによって手袋を着用した指の面積が素手の指よりも大きいのでタッチの分解能も低減する。これらの理由から、本発明の実施形態により、このタイプの受話器は、弾性膜なしに使用して高分解能ユーザインタフェースになり、弾性膜と共に使用すると低分解能ユーザインタフェースになる。高分解能ユーザインタフェースと低分解能ユーザインタフェースの間の１つの差は、ディスプレイ上に示されているボタンの寸法及び密度であり、すなわち、低分解能ユーザインタフェースは、離間距離が遠い大きいボタンを使用し、高分解能ユーザインタフェースは、互いに離間距離が接近している小さいボタンを使用する。低分解能ユーザインタフェースは、高分解能ユーザインタフェースと比較すると、走査速度を低減し、かつ面を走査する時に使用されるエミッタの数を低減する機会が得られ、その理由は、必要とされるタッチ精度が低いからである。本発明の一部の実施形態において、パチンと留まるフレームは、受話器がいつ弾性層にぱちんと留められるか又は外されたかを検出し、相応に自動的に低分解能／高分解能ユーザインタフェースを切り換えるようにＲＦＩＤチップ又はそのような他の識別子を含む。
本発明の実施形態により可撓性圧縮性層が面の上にある別の代替タッチ面の略示図である図１７４を参照する。図１７４は、可撓性層６５０の上方に延びる導光体ユニット４６３の縁部を示している。第１の光ビーム１００は、物体が層６５０に接触した時に、層６５０の上方に進んで中断される。第２の光ビーム１０１は、層６５０を通過して、物体が層６５０に下向きの圧力を掛けてその上に圧痕を形成した時に限り中断又は抑圧される。
従って、図１７４のタッチ面では、少なくとも２つのレベルのタッチ検出、すなわち、初期タッチの検出及び圧力によるタッチの検出が得られる。
従って、本発明の実施形態には受話器及びディスプレイ製造業者に対していくつかの長所があることが当業者により認められるであろう。第１の長所は、図１６９〜図１７２に示すように、スクリーン周りの隆起したベゼルなしで光ベースのタッチ面を有することである。この長所は、上述したように、ディスプレイの上方に吊された弾性シートを使用して達成される。第２の長所は、水滴、埃、及び汚れの環境において作動する光ベースのタッチ面を有することである。水、埃、及び汚れは、層６５０上に沈着するが、水、埃、及び汚れは、層６５０に圧痕を生成しないのでタッチ信号を生成しない。第３の長所は、押された物体を包み込む半硬質のゲルの上層を使用することによって面に指又はスタイラスを押すユーザに触覚を与える光ベースのタッチ面を有することである。半硬質の層は、デバイスからのユーザの指又はスタイラスに触覚フィードバックを伝達する。半硬質の材料は、 従来技術のタッチ面デバイスに使用される剛性プラスチッ及びガラス面よりも抗し難い触覚的感覚をユーザに伝達する。
本発明によるタッチ面は、取りわけ、シリコンのような軟質材料、光学透明の接着剤、又は液体で満たされた空気袋を用いて「オーバーモールド」と呼ばれる導光体の二重射出成形を行うことによって製造することができる。オーバーモールドは、単一の工程又はツールで導光体及び軟質材料を嵌め合わせ、２つの別々の工程で導光体及び可撓性層を製造することと比較して費用が低減される。
本発明による導光体は、取りわけ、高いガラス転移温度を有するポリカーボネート又は環状オレフィンコポリマー（ＣＯＣ）で製造することができる。ＣＯＣは、ポリカーボネートよりも良好な光学特性、良好な耐化学性、モールドプロパティの良好な流れ、及び低い収縮値を有し、ひけマークの危険性が低減する。従って、ＣＯＣは、導光体設計の柔軟性、並びに高い収率を提供する。
本発明は、小型サイズ、中間サイズ、及び大型サイズスクリーンを含むタッチ感応スクリーンを有する電子デバイスへの広い応用を有する。そのようなデバイスは、取りわけ、コンピュータ、家庭エンターテインメントシステム、自動車エンターテインメントシステム、セキュリティシステム。ＰＤＡ、携帯電話、電子ゲーム及びオモチャ、デジタル写真フレーム、デジタル楽器、電子ブックリーダー、ＴＶ、及びＧＰＳナビゲータを含む。
以上の本明細書では、本発明を特定の例示的な実施形態を参照して説明した。しかし、特許請求の範囲に説明するような本発明のより広い精神及び範囲から逸脱することなく特定の例示的な実施形態に様々な修正及び変形を行うことができることは明らかであろう。
従って、本明細書及び図面は、制限的な意味ではなく、例示的な意味で考えるものとする。
１００ 検出チャンネル
２００ エミッタ
３００ レシーバ
６３５ スクリーン

Claims (13)

  1. スクリーンの上の光透過層を含む光ベースのタッチスクリーンシステムのプロセッサによる使用のために、スクリーンを同時にタッチする複数の物体の位置を検出するための方法であって、前記層内に伝達された光は内部全反射によって前記層内に閉じ込められ、前記スクリーンの外側から前記スクリーンをタッチする物体によって前記層内で散乱し、当該方法は、
    複数の物体が前記スクリーンの外側から前記スクリーンを同時にタッチしている間に複数のエミッタ及びレシーバのためのエミッタ−レシーバ対を起動する段階であって、各エミッタによって放出された光は前記層内に閉じ込められ、物体がスクリーンをタッチしていない間に各エミッタ−レシーバ対のための基準光量がレシーバにおいて検出される、段階と、
    そのために前記対のレシーバが当該対のための基準光量より小さい光量を検出する、前記起動する段階によって起動されたエミッタ−レシーバ対を識別する段階と、
    前記識別に基づいて、ｘ軸及びｙ軸タッチ座標を決定し、
    複数のｘ軸及びｙ軸座標が決定され、それが前記複数の物体が前記スクリーンをタッチしている複数の取り得る可能性のある位置の間の曖昧性を除去するために十分でないとき、前記対のエミッタによって放出され、当該対のための基準光量より大きい光量を当該対のレシーバに受信させる前記スクリーンにタッチする１つ以上の物体によって散乱された光に基づいて、前記複数の取り得る可能性のある位置の間で区別することが可能なエミッタ−レシーバ対を選択する段階と、
    さらに、前記決定する段階によって決定されたエミッタ−レシーバ対を起動する段階と、
    前記スクリーンにタッチする複数のオブジェクトのそれぞれの位置の曖昧性を除去する段階であって、前記さらに起動されたエミッタ−レシーバ対のためのレシーバによって検出された増加された光量に基づいて、各ｘ軸座標をそれぞれのｙ軸座標に関連づけることを含む、段階と、
    を含む方法。
  2. 前記層内に閉じ込められた光が前記スクリーンの外側から前記スクリーンにタッチする物体によって吸収され、前記識別する段階は、前記スクリーンをタッチする１以上の物体による光の吸収により対のレシーバが当該対のための基準光量より小さい光量を検出するエミッタ−レシーバ対を識別する、請求項１に記載の方法。
  3. 前記層は可撓性及び圧縮性を有している、請求項１に記載の方法。
  4. 前記光ベースのタッチスクリーンはさらに、平行化経路に沿った点から散乱された光をそれぞれのレシーバへ向けるために前記レシーバの各々にそれぞれ関連づけられた平行化レンズを備える、請求項１に記載の方法。
  5. 前記物体の位置は、前記識別されたエミッタ−レシーバ対の各々に対応する座標を割り当てること、及び、当該割り当てられた座標の重みつけされた平均を計算することによって計算され、当該平均における各座標の重みは対応するエミッタとレシーバとの間の光の減少度に対応する、請求項１に記載の方法。
  6. スクリーンの上の光透過層を含む光ベースのタッチスクリーンシステムのプロセッサによる使用のために、スクリーンを同時にタッチする複数の物体の位置を検出するための方法であって、前記層内に伝達された光は内部全反射によって前記層内に閉じ込められ、前記スクリーンの外側から前記スクリーンをタッチする物体によって散乱し、当該方法は、
    複数の物体が前記スクリーンの外側から前記スクリーンを同時にタッチしている間に複数のエミッタ及びレシーバのためのエミッタ−レシーバ対を起動する段階であって、各エミッタによって放出された光は前記層内に閉じ込められ、物体がスクリーンをタッチしていない間に各エミッタ−レシーバ対のための基準光量がレシーバにおいて検出され、各エミッタ−レシーバ対は前記スクリーンを横断する経路に対応する、段階と、
    そのために前記対のレシーバによって検出された光量が前記スクリーンをタッチする１つ以上の物体による閉じ込められた光の吸収のため当該対のための基準光量より小さい、エミッタ−レシーバ対を識別する段階と、
    前記識別されたエミッタ−レシーバ対に対応する経路のための経路交差位置のｘ軸及びｙ軸座標をさらに識別し、
    複数のｘ軸及びｙ軸座標が識別され、それが前記複数の物体が前記スクリーンをタッチしている複数の取り得る可能性のある位置の間の曖昧性を除去するために十分でないとき、エミッタ−レシーバ対を決定する段階であって、そのための当該対のレシーバによって検出された光量が、１つ以上の物体による閉じ込められた光の散乱により当該対のための基準光量よりも大きく、その対応する経路は前記識別された経路交差位置を通過するまたはほぼ通過する、段階と、
    さらに、前記決定する段階によって決定されたエミッタ−レシーバ対のうちの少なくともいくつかを起動する段階と、
    前記スクリーンにタッチする複数のオブジェクトのそれぞれの位置の曖昧性を除去する段階であって、前記さらに起動されたエミッタ−レシーバ対のためのレシーバによって検出されたより大きな光量に基づいて、各ｘ軸座標をそれぞれのｙ軸座標に関連づけることを含む、段階と、
    を含む方法。
  7. 前記層は可撓性及び圧縮性を有している、請求項６に記載の方法。
  8. 前記光ベースのタッチスクリーンはさらに、平行化経路に沿った点から散乱された光をそれぞれのレシーバへ向けるために前記レシーバの各々にそれぞれ関連づけられた平行化レンズを備える、請求項６に記載の方法。
  9. 前記物体の位置は、前記識別されたエミッタ−レシーバ対の各々に対応する座標を割り当てること、及び、当該割り当てられた座標の重みつけされた平均を計算することによって計算され、当該平均における各座標の重みは対応するエミッタとレシーバとの間の光の減少度に対応する、請求項６に記載の方法。
  10. スクリーンの上の光透過層を含む光ベースのタッチスクリーンシステムのプロセッサによる使用のために、スクリーンを同時にタッチする複数の物体の位置を検出するための方法であって、前記層内に伝達された光は内部全反射によって前記層内に閉じ込められ、前前記スクリーンをタッチする物体によって散乱し、当該方法は、
    複数の物体が同時にスクリーンをタッチする間に、ｍ＋ｎ個の複数の光検出器によって検出された光量を受信する段階であって、前記光は光エミッタによって放出され、前記層内に閉じ込められ、それによって前記光エミッタは複数の座標ｘ1、．．．、ｘM、ｙ1、．．．、ｙNに対応し、前記光検出器もまた複数の座標ｘ1、．．．、ｘM、ｙ1、．．．、ｙNに対応する、段階と、
    Ｋ＋Ｌ個の検出器によって検出された光量を識別する段階であって、これらの検出器は座標ｘ1、．．．、ｘK、ｙ1、．．．、ｙLに対応し、２≦Ｋ≦Ｍであり、２≦Ｌ≦Ｎであり、物体がスクリーンにタッチしていない間に検出された基準値よりも前記光量は小さい、段階と、
    前記Ｋ＋Ｌ個の検出器の座標が複数の物体が前記スクリーンをタッチしている複数の取り得る可能性のある位置の間の曖昧性を除去するために十分でないとき、２ＫＬのエミッタ−検出器対（ｘ1、ｙ1）、．．．、（ｘ1、ｙL）、．．．、（ｘK、ｙ1）、．．．、（ｘK、ｙL）、（ｙ1、ｘ1）、．．．、（ｙ1、ｘK）、．．．、（ｙL、Ｘ1）、．．．、（ｙL、ｘK）のうちの少なくともいくつかをさらに起動する段階であって、そのための前記対の検出器によって検出された光量は１つ以上の物体による閉じ込められた光の散乱のため当該対のための基準光量より大きい、段階と、
    前記スクリーンをタッチする複数の物体のそれぞれの位置の曖昧性を除去する段階であって、更に起動されたエミッタ−検出器対のそれぞれの検出器によって検出されたより大きい光量に基づいて、各座標ｘ1、．．．、ｘKをそれぞれの座標ｙ1、．．．、ｙLに関連付けることを含む、段階と、
    を含む方法。
  11. 前記層は可撓性及び圧縮性を有している、請求項１０に記載の方法。
  12. 前記光ベースのタッチスクリーンはさらに、平行化経路に沿った点から散乱された光をそれぞれの検出器へ向けるために前記検出器の各々にそれぞれ関連づけられた平行化レンズを備える、請求項１０に記載の方法。
  13. 前記物体の位置は、前記識別されたエミッタ−検出器対の各々に対応する座標を割り当てること、及び、当該割り当てられた座標の重みつけされた平均を計算することによって計算され、当該平均における各座標の重みは対応するエミッタと検出器との間の光の減少度に対応する、請求項１０に記載の方法。
JP2014158026A 2012-03-11 2014-08-01 内部全反射を使用する光学タッチスクリーン Expired - Fee Related JP5821125B2 (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201261609325P 2012-03-11 2012-03-11
US61/609,325 2012-03-11

Related Parent Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2014510557A Division JP5593006B2 (ja) 2012-03-11 2013-02-12 内部全反射を使用する光学タッチスクリーン

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2014222539A JP2014222539A (ja) 2014-11-27
JP5821125B2 true JP5821125B2 (ja) 2015-11-24

Family

ID=49161652

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2014510557A Expired - Fee Related JP5593006B2 (ja) 2012-03-11 2013-02-12 内部全反射を使用する光学タッチスクリーン
JP2014158026A Expired - Fee Related JP5821125B2 (ja) 2012-03-11 2014-08-01 内部全反射を使用する光学タッチスクリーン

Family Applications Before (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2014510557A Expired - Fee Related JP5593006B2 (ja) 2012-03-11 2013-02-12 内部全反射を使用する光学タッチスクリーン

Country Status (8)

Country Link
EP (1) EP2689320B1 (ja)
JP (2) JP5593006B2 (ja)
KR (1) KR101399142B1 (ja)
CN (1) CN103518184B (ja)
AU (1) AU2013207572B2 (ja)
CA (1) CA2825175C (ja)
SG (1) SG193603A1 (ja)
WO (1) WO2013138003A1 (ja)

Families Citing this family (35)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9524059B2 (en) * 2013-03-15 2016-12-20 Texas Instruments Incorporated Interaction detection using structured light images
CN105659310B (zh) 2013-08-13 2021-02-26 飞利斯有限公司 电子显示区域的优化
TWI655807B (zh) 2013-08-27 2019-04-01 飛利斯有限公司 具有可撓曲電子構件之可附接裝置
WO2015031426A1 (en) 2013-08-27 2015-03-05 Polyera Corporation Flexible display and detection of flex state
WO2015038684A1 (en) 2013-09-10 2015-03-19 Polyera Corporation Attachable article with signaling, split display and messaging features
TWI676880B (zh) 2013-12-24 2019-11-11 美商飛利斯有限公司 動態可撓物品
CN106031308B (zh) 2013-12-24 2019-08-09 飞利斯有限公司 用于附接式二维挠性电子装置的支撑结构
WO2015100224A1 (en) 2013-12-24 2015-07-02 Polyera Corporation Flexible electronic display with user interface based on sensed movements
JP2017508493A (ja) 2013-12-24 2017-03-30 ポリエラ コーポレイション 可撓性電子構成要素のための支持構造
US20150227245A1 (en) 2014-02-10 2015-08-13 Polyera Corporation Attachable Device with Flexible Electronic Display Orientation Detection
TWI692272B (zh) 2014-05-28 2020-04-21 美商飛利斯有限公司 在多數表面上具有可撓性電子組件之裝置
KR101579466B1 (ko) * 2014-06-25 2015-12-23 엘지전자 주식회사 2d 및 3d 터치 기능을 구비한 전자 장치 및 그 제어방법
US9696852B2 (en) 2014-06-25 2017-07-04 Lg Electronics Inc. Electronic device for sensing 2D and 3D touch and method for controlling the same
KR101581823B1 (ko) * 2014-06-27 2015-12-31 엘지전자 주식회사 2d 및 3d 터치 기능을 구비한 전자 장치
KR101577331B1 (ko) * 2014-07-30 2015-12-14 엘지전자 주식회사 디스플레이 장치 및 그 동작방법
FR3025052B1 (fr) * 2014-08-19 2017-12-15 Isorg Dispositif de detection d'un rayonnement electromagnetique en materiaux organiques
EP3186696B1 (en) * 2014-08-27 2020-11-04 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Screen contact detection using total internal reflection
DE112015004010T5 (de) * 2014-09-02 2017-06-14 Rapt Ip Limited Instrumentenerfassung mit einer optischen berührungsempfindlichen Vorrichtung
WO2016111084A1 (ja) 2015-01-08 2016-07-14 シャープ株式会社 光学検知部材及びそれを備えるタッチパネル装置
WO2016138356A1 (en) 2015-02-26 2016-09-01 Polyera Corporation Attachable device having a flexible electronic component
KR102111782B1 (ko) * 2015-04-30 2020-06-16 (주) 엔피홀딩스 이엠알 터치 센서와 적외선 터치 센서를 갖는 좌표검출장치
KR20170011646A (ko) 2015-07-23 2017-02-02 에스프린팅솔루션 주식회사 배수구조를 가지는 디스플레이 장치 및 전자장치
CN107863427B (zh) * 2016-09-22 2019-09-13 环视先进数字显示无锡有限公司 用于微米led显示模组的3d led晶片及制造方法
CN106406617A (zh) * 2016-09-26 2017-02-15 京东方科技集团股份有限公司 触控面板及其触控检测方法以及显示装置
KR102570180B1 (ko) 2016-11-28 2023-08-25 엘지디스플레이 주식회사 지문 센서 일체형 전계 발광 표시장치
KR20240012622A (ko) * 2016-12-07 2024-01-29 플라트프로그 라보라토리즈 에이비 개선된 터치 장치
EP3743179B1 (en) * 2018-01-25 2023-08-09 Neonode Inc. Spherical coordinate sensor for vehicle occupant monitoring
CN108549504B (zh) * 2018-04-17 2021-11-26 中芯集成电路（宁波）有限公司 触控感应基板及触控装置
WO2019226090A1 (en) * 2018-05-24 2019-11-28 Flatfrog Laboratories Ab Frame for a touch-sensitive device and film application tool therefor
US11226444B2 (en) 2018-09-20 2022-01-18 Apple Inc. Electronic device having colored surfaces with neutral transmission
CN112889016A (zh) * 2018-10-20 2021-06-01 平蛙实验室股份公司 用于触摸敏感装置的框架及其工具
US11943563B2 (en) 2019-01-25 2024-03-26 FlatFrog Laboratories, AB Videoconferencing terminal and method of operating the same
EP3891588A4 (en) * 2019-01-29 2022-01-05 SMART Technologies ULC INTERACTIVE INPUT SYSTEM WITH ILLUMINATED FRAME
EP4104042A1 (en) 2020-02-10 2022-12-21 FlatFrog Laboratories AB Improved touch-sensing apparatus
US11320117B2 (en) 2020-04-13 2022-05-03 Electronic Theatre Controls, Inc. Zoom mechanism for a light fixture

Family Cites Families (27)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3673327A (en) * 1970-11-02 1972-06-27 Atomic Energy Commission Touch actuable data input panel assembly
US7006077B1 (en) * 1999-11-30 2006-02-28 Nokia Mobile Phones, Ltd. Electronic device having touch sensitive slide
CA2393164C (en) * 1999-12-02 2008-04-01 Elo Touchsystems, Inc. Apparatus and method to improve resolution of infrared touch systems
US6822635B2 (en) * 2000-01-19 2004-11-23 Immersion Corporation Haptic interface for laptop computers and other portable devices
US9471170B2 (en) 2002-11-04 2016-10-18 Neonode Inc. Light-based touch screen with shift-aligned emitter and receiver lenses
US20100238139A1 (en) * 2009-02-15 2010-09-23 Neonode Inc. Optical touch screen systems using wide light beams
US8339379B2 (en) 2004-04-29 2012-12-25 Neonode Inc. Light-based touch screen
US8587562B2 (en) * 2002-11-04 2013-11-19 Neonode Inc. Light-based touch screen using elliptical and parabolic reflectors
US7432893B2 (en) 2003-06-14 2008-10-07 Massachusetts Institute Of Technology Input device based on frustrated total internal reflection
WO2005026938A2 (en) * 2003-09-12 2005-03-24 O-Pen Aps A system and method of determining a position of a radiation scattering/reflecting element
US7265748B2 (en) * 2003-12-11 2007-09-04 Nokia Corporation Method and device for detecting touch pad input
ATE341065T1 (de) * 2004-03-23 2006-10-15 Dambach Werke Gmbh Modulare anzeigevorrichtung und werkzeug zum entfernen von anzeigemodulen
US8184108B2 (en) * 2004-06-30 2012-05-22 Poa Sana Liquidating Trust Apparatus and method for a folded optical element waveguide for use with light based touch screens
US7333095B1 (en) 2006-07-12 2008-02-19 Lumio Inc Illumination for optical touch panel
WO2008034184A1 (en) * 2006-09-22 2008-03-27 Rpo Pty Limited Waveguide configurations for optical touch systems
JP2010527100A (ja) * 2007-05-11 2010-08-05 アールピーオー・ピーティワイ・リミテッド 透過性ボディ
EP2165248A4 (en) 2007-07-06 2011-11-23 Neonode Inc SCANNING A TOUCH GLASS
WO2009114683A1 (en) * 2008-03-14 2009-09-17 3M Innovative Properties Company Stretch releasable adhesive tape
JP5698662B2 (ja) * 2008-06-10 2015-04-08 コーニンクレッカ フィリップス エヌ ヴェ 電気消費装置に供給される電力を制御するためのプログラム可能なユーザインターフェース装置
US8842076B2 (en) * 2008-07-07 2014-09-23 Rockstar Consortium Us Lp Multi-touch touchscreen incorporating pen tracking
SE533704C2 (sv) * 2008-12-05 2010-12-07 Flatfrog Lab Ab Pekkänslig apparat och förfarande för drivning av densamma
EP2433204A4 (en) * 2009-05-18 2014-07-23 Flatfrog Lab Ab DETERMINING THE LOCATION OF AN OBJECT ON A TOUCH SURFACE
US20100321339A1 (en) * 2009-06-18 2010-12-23 Nokia Corporation Diffractive optical touch input
JP5210274B2 (ja) * 2009-09-18 2013-06-12 学校法人 関西大学 感圧センサ用ポリウレタン樹脂組成物、感圧センサ用ポリウレタン成形体、感圧センサおよびタッチパネル
KR101579091B1 (ko) * 2010-01-07 2015-12-22 삼성디스플레이 주식회사 터치 위치 검출 방법, 이를 수행하기 위한 터치 위치 검출 장치 및 터치 위치 검출 장치를 포함하는 표시 장치
KR101749266B1 (ko) * 2010-03-24 2017-07-04 삼성디스플레이 주식회사 터치감지 표시 장치 및 컴퓨터용 기록매체
JP2012043136A (ja) * 2010-08-18 2012-03-01 Nitto Denko Corp タッチパネル用光導波路

Also Published As

Publication number Publication date
JP2014222539A (ja) 2014-11-27
SG193603A1 (en) 2013-10-30
JP2014513375A (ja) 2014-05-29
AU2013207572B2 (en) 2014-02-20
AU2013207572A1 (en) 2013-09-26
CN103518184B (zh) 2016-03-30
EP2689320A4 (en) 2014-04-09
KR101399142B1 (ko) 2014-05-27
JP5593006B2 (ja) 2014-09-17
EP2689320B1 (en) 2016-02-03
WO2013138003A1 (en) 2013-09-19
KR20130133307A (ko) 2013-12-06
CA2825175A1 (en) 2013-10-31
CN103518184A (zh) 2014-01-15
EP2689320A1 (en) 2014-01-29
CA2825175C (en) 2015-04-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5821125B2 (ja) 内部全反射を使用する光学タッチスクリーン
US9811163B2 (en) Elastic touch input surface
US8553014B2 (en) Optical touch screen systems using total internal reflection
US9035917B2 (en) ASIC controller for light-based sensor
US9052777B2 (en) Optical elements with alternating reflective lens facets
US8676007B2 (en) Light-based touch surface with curved borders and sloping bezel
US20120188206A1 (en) Optical touch screen with tri-directional micro-lenses
JP5876587B2 (ja) タッチスクリーンシステム及びコントローラ
AU2014201966A1 (en) Optical touch screen using total internal reflection
JP5764266B2 (ja) 光ベースのタッチ感応電子デバイス
US9778794B2 (en) Light-based touch screen

Legal Events

Date Code Title Description
A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20150831

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20150914

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20150916

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 5821125

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees