JP6300803B2 - 光学式タッチスクリーンにおける物理的タッチイベントの認証 - Google Patents

Description

背景
１．技術分野
本発明は、電子パネルディスプレイに関し、より特定的には、タッチセンサを含む電子パネルディスプレイに関する。

２．関連技術の説明
発明の背景を記載する前に、以下に用いられる特定の用語の定義を記載すると有用であろう。

本明細書中で用いられる「物理的タッチイベント」という用語は、ユーザまたはユーザにより保持される物体とディスプレイパネルとの間で、ユーザにより開始される実際の物理的接触を指す。このような衝撃の結果の効果は、次の測定可能な測定基準、すなわち、力／圧力変化、曲げ、ぶれ、衝撃波、音響パルス／音波、分散信号などのいずれかにより生じてもよい。

本明細書中で用いられる「物理的タッチセンサ」という用語は、さまざまなタイプの物理的タッチイベントの結果の効果と関連付けられる上記の測定可能な測定基準のいずれかを測定するように構成された任意のタイプのセンサを指す。

航空機搭載プラットフォームのタッチスクリーンの使用は、フラットパネルディスプレイの導入により近年非常に普及している。タッチスクリーンの一形態は、光画像化技術（以下、光学式タッチスクリーン）に基づいている。光学式タッチスクリーンは、通常、ディスプレイの周囲に沿った光センサ位置の１つ以上のセットを含む。プロセッサとともに、光学センサは、ユーザの手もしくは指またはユーザにより保持される任意の物体の空間的位置を決定する。通常は実際のスクリーンに平行な光学タッチ面を決定することにより、その光学タッチ面を横切るとタッチイベントとして見なされる。光学式タッチスクリーンの欠点の１つは、光学タッチ面が、実際のスクリーンから変位してしまうため、物理的なタッチイベントが起きる前に光学式タッチスクリーンがタッチイベントを検出してしまうことである。

物理的タッチイベントの検出に基づくタッチスクリーンを実現するために、今日幅広い技術が用いられている。たとえば、圧力または加速度センサとして圧電センサが用いられている。コンピュータプロセッサおよびアルゴリズムを用いて、手または手により保持される物体の位置が決定されてもよい。静電容量式および抵抗式センサなどの他の物理的タッチセンサ技術もまた幅広く用いられている。静電容量式および抵抗式センサは、ディスプレイパネルのユーザに面した側にある透明層上に配置される傾向があり、パネルディスプレイにより表示される画像の質の一定の劣化を招くことが知られている。物理的タッチイベントの上記の測定基準を測定するように構成された他のタイプのセンサも知られている。

航空機搭載プラットフォーム、軍事車両などの過酷な環境下での使用を目的としたディスプレイは、通常動作中に振動および衝撃による影響を受ける。この結果、ディスプレイによる物理的物体の実際の接触または衝撃の認識に基づくどのタッチスクリーンも、上記の振動により干渉されるおそれがある。ユーザが意図的に物理的タッチイベントを招いた光学式タッチスクリーンにおける物理的タッチイベントを認証するための方法または装置が提供されると有利であろう。

簡単な概要
発明の一局面は、意図的なタッチイベントを認証するために構成されたハイブリッド光学−物理的タッチスクリーンを提供する。ハイブリッド光学−物理的タッチスクリーンは、電子パネルディスプレイと、１つ以上の光センサとを含み、１つ以上の光センサは、ディスプレイに結合され、かつ、ディスプレイ近傍のＸ−Ｙ面上の物理的物体の空間的位置を決定するように構成され、タッチスクリーンはさらに、複数の物理的タッチセンサを含み、複数の物理的タッチセンサは、ディスプレイに結合され、かつ、物理的物体によりディスプレイに加えられた物理的タッチの測定可能な測定基準のレベルを決定するように構成され、タッチスクリーンはさらに、プロセッサを含み、プロセッサは、ディスプレイ近傍のＸ−Ｙ面上の物理的物体の決定された空間的位置と、物理的物体によりディスプレイに加えられた物理的タッチの決定されたレベルとを同時に比較し、予め規定されたパラメータに基づいて、物理的物体による故意の物理的タッチイベントが起きたかどうかを決定するように構成される。

発明の実施形態のより良い理解のために、かつ、これらがどのように実施され得るかを示すために、以下、純粋に例示として添付の図面を参照する。図中、同一の参照番号は、全図面を通して対応するする要素または部分を示す。

本発明に従ったハイブリッドタッチスクリーンの例示的な実施形態を示す斜視図である。 本発明に従ったハイブリッドタッチスクリーンの異なる実施形態のいくつかの断面図である。 本発明の一局面を図示するハイブリッドタッチスクリーンのさらに別の実施形態の断面図である。 本発明の一局面を図示するハイブリッドタッチスクリーンのさらに別の実施形態の断面図である。

詳細な説明
図面は、以下の詳細な説明とともに、発明が実際にどのように具現化され得るかを当業者に明らかにするものである。

以下、図面を詳しく具体的に参照するが、示される詳細は例示であって、かつ本発明の好ましい実施形態の例示的な説明の目的のために過ぎず、発明の原則および概念的局面の最も有用なかつ容易に理解される説明であると考えられるものを設ける過程において提示される。この点に関して、発明の基本的な理解のために必要となるより詳しい発明の構造的詳細は示さず、図面とともになされる説明は、発明のいくつかの形態が、実際にどのように具現化され得るかを当業者に明らかにするものである。

発明の少なくとも１つの実施形態を詳しく説明する前に、発明は、その適用において、以下の説明に記載されるまたは図面に図示される部品の構造および配置の詳細に限定されるものではないことを理解されたい。発明は、他の実施形態に適用可能である、またはさまざまな形で実施されるもしくは行なわれる。さらに、明細書中で用いられる表現および用語は、説明の目的であって、限定的として見なされるべきではないことを理解されたい。

図１は、ハイブリッドタッチスクリーン１００の例示的な実施形態を示す斜視図である。ハイブリッドタッチスクリーン１００は、流れ物体がハイブリッドタッチスクリーン１００近傍に落下したり、または機械的振動がハイブリッドタッチスクリーン１００に影響を与えたなどの非タッチイベントとは対照的に、ユーザまたはユーザにより保持される物理的物体による意図的な物理的タッチイベントを認証するために構成される。

ハイブリッド光学−物理的タッチスクリーン１００は、電子パネルディスプレイ１１０と、１つ以上の光センサ１３０Ａおよび１３０Ｂとを含み、１つ以上の光センサ１３０Ａおよび１３０Ｂは、電子パネルディスプレイ１１０に結合され、電子パネルディスプレイ１１０の近傍のＸ−Ｙ面上の物理的物体（ユーザの手１０など）の空間的位置を決定するように構成されている。ハイブリッド光学−物理的タッチスクリーン１００はさらに、複数の物理的タッチセンサ１２０を含み、複数の物理的タッチセンサ１２０は、電子パネルディスプレイ１１０に結合され、かつ、電子パネルディスプレイ１１０に物理的物体により加えられる物理的タッチ信号を決定するように構成される。

ハイブリッド光学−物理的タッチスクリーン１００はさらに、コンピュータプロセッサ（図示せず）を含み、コンピュータプロセッサは、電子パネルディスプレイ１１０近傍のＸ−Ｙ面上の物理的物体の決定された空間的位置と、物理的物体により電子パネルディスプレイ１１０に加えられた物理的タッチ信号の決定されたレベルとを同時に比較し、更新され、またはリアルタイムで提供されてもよい予め決定されたパラメータに基づいて、物理的物体と電子パネルディスプレイ１１０との間の意図的な物理的タッチイベントが起きたかどうかを決定するように構成される。

上述のように、コンピュータプロセッサは、タッチイベントの性質および実際の発生を決定する際に、予め規定されたパラメータを用いる。具体的には、いくつかの場合には、特定されるＸ−Ｙ位置において物理的物体が決定されたときでも、物理的物体による意図的な物理的タッチイベントと関連付けられる物理的タッチ信号の最小レベルが物理的タッチセンサ１２０により測定されていなければ、タッチイベントは決定されない。有利には、本明細書中に説明されるような物理的タッチセンサ１２０の使用は、光センサ１３０のみを用いるとき、光タッチ面と実際のタッチ面との間の物理的空隙によるタッチイベントの時期尚早な検出の発生を減少させる際に有益となる。

本発明の一部の実施形態によれば、予め規定されたパラメータは、物理的タッチ信号のレベルの範囲の予め規定されたセットを含み、各範囲は、ディスプレイ上の異なるＸ−Ｙ位置と関連付けられる。たとえば、「イジェクト」ボタン１１６は、５ｋｇを超える力がその特定されるＸ−Ｙ位置において測定された場合、およびこのような場合のみに作動されてもよい。同様に、いくつかの機能１１４を含む電子パネルディスプレイ１１０の部分は、物理的タッチ信号の著しく低いレベルを必要とするが、１１２または１１８などのサブスクリーンを拡大するのには、物理的タッチ信号は一切必要ない。物理的物体の位置が一旦決定されると、電子パネルディスプレイ１１０にわたって特定されるＸ−Ｙ位置において表示されているような位置または適用機能のいずれかに基づいて、必要な力レベルの認証が認証されている。

有利には、一部の実施形態では、高品質画像を維持するために、物理的タッチセンサ１２０が、電子パネルディスプレイの視認可能な部分に干渉しないように、電子ディスプレイパネルの周囲に沿って位置付けられる。

有利には、光タッチスクリーンにおける故意のタッチイベントを認証する方法の同じ効果を達成するために、他のアーキテクチャにおいて上記のロジックが実現されてもよい。このような方法は、光タッチスクリーンに面した物理的物体のＸ−Ｙ位置を検出するステップと、電子パネルディスプレイに影響を及ぼす物理的タッチ信号を得るステップと、Ｘ−Ｙ位置と、得られた物理的タッチ信号とを比較するステップと、比較および予め規定されたパラメータに基づいて、物理的物体による故意のタッチイベントが起きたかどうかを決定するステップとを含んでもよい。

図２は、本発明に従ったハイブリッドタッチスクリーンの異なる実施形態の図１のＡ−Ａ′軸に沿ったいくつかの断面図を示す。タッチスクリーン構成２１０は、電子パネルディスプレイ１１０、光センサ１３０、および、電子パネルディスプレイ１１０とバックライト層１１１との間に配置された物理的タッチセンサ１２０の層を図示する。タッチスクリーン構成２２０は、電子パネルディスプレイ１１０、光センサ１３０、ならびに、画像の質を劣化させないように電子パネルディスプレイ１１０とバックライト層１１１との間に電子パネルディスプレイ１１０の周囲のみに沿って配置された物理的タッチセンサ１２０Ａおよび１２０Ｂを図示する。

タッチスクリーン構成２３０は、電子パネルディスプレイ１１０、光センサ１３０、およびバックライト層１１１の後方に配置された物理的タッチセンサ１２０の層を図示する。この構成では、抵抗式センサ１２０の層は、タッチスクリーンの他方側、すなわち、電子パネルディスプレイ１１０に加えられる物理的タッチイベントを測定するのに十分に敏感であることが発明者によって証明された。

タッチスクリーン構成２４０は、電子パネルディスプレイ１１０、光センサ１３０、ならびに、その前面側に電子パネルディスプレイ１１０の周囲のみに沿って配置された物理的タッチセンサ１２０Ａおよび１２０Ｂを図示する。多くの他の構成が利用可能であることが理解される。上記の実施形態は、本明細書中に限定としてでなく、例示として設けられるに過ぎない。上述のすべての構成において、物理的タッチセンサ１２０は、電子パネルディスプレイ１１０の機械的周波数を測定するように選択されてもよい。１０Ｈｚなどの特定されるしきい値を超える機械的周波数を測定することは、機械的振動を示唆してもよい。逆に、１０Ｈｚ未満の機械的周波数を測定することは、物理的タッチイベントを示唆してもよい。このような物理的タッチセンサ１２０は、当該技術分野で既知の圧電センサにより実現されてもよい。

図３Ａおよび図３Ｂは、本発明の一局面を図示するハイブリッドタッチスクリーンのさらに別の実施形態の断面図を示す。タッチスクリーン３００において、複数の物理的タッチセンサは、ガラス層３２０を介してパネルディスプレイ３３０（たとえば、ＬＣＤ）のビューアに面した側に物理的に結合された少なくとも１つの前面物理的タッチセンサ３１０と、パネルディスプレイ３３０のビューアと反対側に配置されたフレーム要素３７０、３５０に物理的に結合された少なくとも１つの裏面物理的タッチセンサ３８０とを含む。フレーム要素３７０、３５０は、振動を抑えるために使用可能な粘弾性ポリマー３６０を介してディスプレイパネルに結合されてもよい。

図３Ａに示されるような物理的タッチイベントの場合、結果の効果は、前面パネルからダンピング材料を通って機械的サポートに向けて伝わる。前面物理的タッチセンサ３１０は、裏面物理的タッチセンサ３８０より強い応答を監視する。図３Ｂに示されるような振動／衝撃の場合、衝撃波は反対方向、すなわち、機械的サポートならびにフレーム要素３５０および３７０からダンピング材料３６０を通って前面パネルに向けて伝わる。この場合、裏面物理的タッチセンサ３８０アレイは、ダンピングにより前面物理的タッチセンサ３１０より強い応答を監視する。

２つの応答を比較することにより、コンピュータプロセッサにより、物理的タッチイベントが機械的振動と差別化されることができる。比較は、（限定されないが）、ピーク振幅、位相シフト、時間シフト、信号形状、幅などに基づくことができる。比較の数学的処理は、減算、除算、変換、ロジック演算などを含んでもよい。

タッチスクリーン３００の上記の構造は、本明細書中において例示として提示されるに過ぎないことが理解される。同じロジックが異なる構造に適用されてもよい。真のタッチイベントと振動とを差別化するための一般化された方法は、次の段階、すなわち、タッチスクリーンの前面側およびタッチスクリーンの裏面側から物理的タッチを得る段階と、タッチスクリーンの前面側から生じる物理的タッチ信号とタッチスクリーンの裏面側から生じる物理的タッチ信号とを比較して、機械的衝撃のソースの空間的方向を決定する段階とを含んでもよい。方法はさらに、決定された方向がタッチスクリーンの前面側である場合のみ、意図的なタッチイベントであると決定する段階を含んでもよい。

上記の説明において、ある実施形態は、発明の一例または一実施例である。「一実施形態」、「ある実施形態」または「一部の実施形態」のさまざまな記載は、必ずしもすべてが同じ実施形態を指すものではない。

発明のさまざまな特徴を１つの実施形態の文脈で説明したかもしれないが、特徴は、別々または任意の好適な組合せで提供されてもよい。逆に、明確さのために、発明を別々の実施形態の文脈で明細書中に説明したかもしれないが、発明は、１つの実施形態で実施されてもよい。

明細書中の「一部の実施形態」、「ある実施形態」、「一実施形態」または「他の実施形態」の記載は、その実施形態に関して説明される特定の特徴、構造、または特性が少なくとも一部の実施形態に含まれるが、発明の、必ずしもすべての実施形態に含まれるわけではないことを意味する。

明細書中で用いられる表現および用語は、限定的に解釈されるべきではなく、説明の目的のために過ぎないことを理解されたい。

本発明の教示の原則および使用は、添付の説明、図および例を参照されるとよりよく理解されるであろう。

明細書中に記載される詳細は、発明の適用の限定として解釈されるものではないことを理解されたい。

さらに、発明は、さまざまな方法で行なわれるまたは実施されることができ、発明は、上記の説明に要約されたもの以外の実施形態で実施可能であることを理解されたい。

「含む（"including"）」、「備えた（"comprising"）」、「からなる（"consisting"）」およびこれらの文法上の変形は、１つ以上の部品、特徴、ステップ、または整数またはこれらの群の追加を妨げるものではなく、これらの用語は、部品、特徴、ステップまたは整数を特定するものとして解釈されるべきであることを理解されたい。

明細書または請求項に「追加の」要素が記載される場合、複数のその追加の要素の存在を妨げるものではない。

請求項または明細書に単数の（"a"または"an"）要素が記載される場合、当該記載は、その要素が１つしか存在しないとして解釈されるべきではないことを理解されたい。

明細書に、ある部品、特徴、構造、または特性が含まれ「てもよい」、「るかもしれない」、「ることができる」または「得る」と記載される場合、その特定の部品、特徴、構造、または特性は、含まれなくてもよいことを理解されたい。

請求項および明細書に提示される説明、例、方法および材料は、限定的としてではなく、例示目的であるに過ぎないとして解釈されるべきである。

明細書中に用いられる技術用語の意味は、特に規定がない限り、発明の属する分野の当業者により一般的に理解されるとおりである。

本発明は、明細書中に記載されるのと均等または同様の方法および材料による試験または実施において実現されてもよい。

発明を限定的な数の実施形態について説明したが、これらは発明の範囲に対する限定としてでなく、好ましい実施形態の一部の例示として解釈されるべきである。他の可能なバリエーション、改良および適用もまた、発明の範囲内である。

Claims (15)

1. タッチイベントと他の振動とを区別するように構成されたハイブリッド光学−物理的タッチスクリーンであって、前記タッチスクリーンは、
   電子パネルディスプレイと、
   １つ以上の光センサとを備え、前記１つ以上の光センサは、前記電子パネルディスプレイの面に平行であるが当該面から離れた光学タッチ面内に配置されるとともに前記光学タッチ面に結合され、かつ、前記光学タッチ面上の物理的物体のＸ−Ｙ空間的位置を決定するように構成され、前記タッチスクリーンはさらに、
   １つ以上のタッチセンサを備え、前記１つ以上の物理的タッチセンサは、前記電子パネルディスプレイに結合され、かつ、前記物理的物体と前記電子パネルディスプレイとの間の物理的タッチイベントを決定するように構成され、前記タッチスクリーンはさらに、
   前記物理的物体の決定された前記空間的位置と、前記物理的物体と前記ディスプレイとの間の決定された前記物理的タッチイベントとを同時に比較し、前記Ｘ−Ｙ空間的位置に関連付けて予め規定されたパラメータに基づいて、前記物理的物体と前記電子パネルディスプレイとの間の故意の物理的タッチイベントが前記Ｘ−Ｙ空間的位置において起きたかどうかを決定するように構成されたプロセッサを備え、
   前記タッチセンサは、前記電子パネルディスプレイ全体の機械的周波数を測定するように構成され、予め規定されたレベル未満である場合、前記プロセッサは、故意の物理的タッチイベントであると決定し、前記電子パネルディスプレイの検出された機械的周波数が規定のレベルを超える場合、前記プロセッサは、他の振動であると決定する、ハイブリッド光学−物理的タッチスクリーン。
2. 前記タッチセンサは、力／圧力変化、曲げ、ぶれ、衝撃波、音響パルス／音響波、および分散信号の少なくとも１つに敏感なセンサを含む、請求項１に記載のタッチスクリーン。
3. 前記予め規定されたパラメータは、更新され、リアルタイムで考慮される、請求項１に記載のタッチスクリーン。
4. 前記予め規定されたパラメータは、予め規定されたしきい値を含み、前記予め規定されたしきい値は、前記物理的物体による意図的なタッチイベントと関連付けられる物理的タッチ信号の最小レベルである、請求項１に記載のタッチスクリーン。
5. 前記予め規定されたパラメータは、物理的タッチ信号のレベルの範囲の予め規定されたセットを含み、各前記範囲は、前記ディスプレイ上の異なるＸ−Ｙ空間的位置と関連付けられる、請求項１に記載のタッチスクリーン。
6. 前記予め規定されたパラメータは、その機能のタイプに割当てられた物理的タッチ信号の予め規定されたレベルを考慮して検出された前記Ｘ−Ｙ空間的位置において前記ディスプレイに提示される機能のタイプを含む、請求項１に記載のタッチスクリーン。
7. 前記物理的タッチセンサは、前記電子パネルディスプレイの視認可能な部分に干渉しないように前記電子パネルディスプレイの周囲に沿って位置付けられる、請求項１に記載のタッチスクリーン。
8. 前記１つ以上のタッチセンサは、前記パネルディスプレイのビューアに面した側に物理的に結合された少なくとも１つの前面物理的タッチセンサと、前記パネルディスプレイの前記ビューアと反対側に物理的に結合された少なくとも１つの裏面物理的タッチセンサとを含む、請求項１に記載のタッチスクリーン。
9. 前記プロセッサは、前記前面センサおよび前記裏面センサにより取込まれた物理的タッチ信号を比較するように構成された、請求項８に記載のタッチスクリーン。
10. 前記プロセッサは、前記比較に基づいて、機械的振動と物理的タッチイベントとを差別化するように構成される、請求項９に記載のタッチスクリーン。
11. 前記プロセッサは、前記比較と前記測定された前記物理的タッチのソースのＸ−Ｙ空間的位置とに基づいて、前記物理的タッチのソースの空間的方向を決定する、請求項９に記載のタッチスクリーン。
12. 前記プロセッサは、決定された前記方向が前記電子パネルディスプレイの前面側である場合のみ、意図的なタッチイベントであると決定するように構成された、請求項１から１１のいずれか１項に記載のタッチスクリーン。
13. 電子パネルディスプレイにおいて意図的な物理的タッチイベントを認証する方法であって、前記方法は、
    前記電子パネルディスプレイの面に平行な光学的タッチ面内の物理的物体のＸ−Ｙ空間的位置を光学検出するステップと、
    前記電子パネルディスプレイに結合された１つ以上のタッチセンサからのタッチ信号を得るステップと、
    前記Ｘ−Ｙ位置と、得られた前記物理的タッチ信号とを比較するステップと、
    前記比較および前記Ｘ−Ｙ空間的位置に関連付けて予め規定されたパラメータに基づいて、前記物理的物体と前記電子パネルディスプレイとの間の意図的な物理的タッチイベントが前記Ｘ−Ｙ空間的位置において起きたかどうかを決定するステップとを含み、
    物理的タッチセンサは、前記電子パネルディスプレイの全体の機械的周波数を測定するように構成され、前記電子パネルディスプレイの検出された機械的周波数が予め規定されたレベルを超える場合、プロセッサは、周囲振動であると決定し、前記予め規定されたレベル未満である場合、前記プロセッサは、故意の物理的タッチイベントであると決定する、方法。
14. 前記Ｘ−Ｙ空間的位置に関連付けて予め規定されたパラメータは、予め規定されたしきい値を含み、前記予め規定されたしきい値は、前記物理的物体による意図的な物理的タッチイベントと関連付けられる物理的タッチの最小レベルである、請求項１３に記載の方法。
15. 前記予め規定されたパラメータは、物理的タッチ信号のレベルの範囲の予め規定されたセットを含み、各前記範囲は、前記電子パネルディスプレイ上の異なるＸ−Ｙ位置と関連付けられる、請求項１４に記載の方法。

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