JP6837496B2

JP6837496B2 - タッチパネル

Info

Publication number: JP6837496B2
Application number: JP2018559332A
Authority: JP
Inventors: ウトゥク・ビュユクシャヒン
Original assignee: Sensobright Industries LLC
Current assignee: Sensobright Industries LLC
Priority date: 2016-05-13
Filing date: 2017-04-27
Publication date: 2021-03-03
Anticipated expiration: 2037-04-27
Also published as: EP4195006A1; US20190155453A1; TR201606367A2; FI3455707T3; EP4195006B1; EP3455707B1; DK3455707T3; JP2019519035A; ES2952756T3; US10795507B2; EP3455707A1; PL3455707T3; WO2017196280A1

Description

本発明は、タッチを検出するタッチパネルに関する。

ユーザと情報を交換する電子デバイスは、ユーザから少なくとも１つの入力を受け取るためのヒューマンインターフェースデバイスを備える。前記ヒューマンインターフェースデバイスを用いて、様々なフォーマット（書き込み、音声または画像など）のデータを電子デバイスに入力することができる。

従来のアプリケーションでは、マウスやキーボードなどのヒューマンインターフェースデバイスがコンピュータなどの電子デバイスにデータを入力するために、および、電子デバイスを使用するために用いられる。しかし、先進技術により、マウスやキーボードなどのヒューマンインターフェースデバイスは、よりコンパクトな形のタッチパネルに置き換えられている。前記タッチパネルは一般にスクリーン上に配置される。ユーザがパネルに触れると、タッチ位置が検出され、それぞれの位置に専用の操作が実行されるようにしてもよい。例えば、スクリーン上に設けられた仮想キーボード上の文字／記号に触れると、関連する文字／記号が電子デバイスに入力される。

従来技術では、タッチパネルは主に２種類の検知システムを用いている。前記システムのうちの一方は抵抗膜式タッチパネルであり、他方は容量式タッチパネルである。抵抗膜式タッチパネルでは、パネル内の部品の抵抗値の変化が、パネルに加えられた力に基づいて検出されます。どの部品において抵抗値が変化したかを示す情報に基づいて、タッチの位置が検出される。静電容量式タッチパネルでは、パネル上に置かれた指（またはタッチペンなどの他の適切な物体）が、タッチの位置が検出されるように、パネル内の構成要素の静電容量値を変化させる。しかしながら、前記用途の磁気抵抗は低く、一度に検出できるタッチの数は限られている。さらに、これらの用途では、所望の物体のタッチを検出することができない。

本発明では、剛性を有し透明材料からなる少なくとも１つの表層と、少なくとも１つの光源と、少なくとも１つの画像センサと、一端が前記光源に向けて配置され、他端が前記表層に向けて配置され、前記光源から得られた光を前記表層に伝達する、複数の光ファイバケーブルを含む少なくとも１つの第１光ファイバ束と、一端が画像センサの少なくとも１つの画素と対になり、他端が前記表層に向けて配置されている複数の光ファイバケーブルを含み、前記表層から受け取った画像を前記画像センサに送信する少なくとも１つの第２光ファイバ束と、前記表層に接触する少なくとも１つの物体の位置を識別するために画像処理技術を用いて前記画像センサによって撮像された画像を分析する少なくとも１つの制御ユニットと、前記画像センサと制御ユニットとの間のデータ通信のための少なくとも１つの第１データリンクと、を備える、タッチパネルが提供される。

本発明に係るタッチパネルでは、表層に接触している物体が光源によって照明され、その画像が画像供給源によって撮像される。撮像された画像は画像処理技術を用いて制御ユニットによって分析されるので、接触点を容易で実用的かつ正確な方法で検出することができる。検出は画像によって行われるので、任意の所望の物体の接触位置およびパターンを検出することができる。

発明の目的

本発明の目的は、接触を検出することができるタッチパネルを提供することである。

本発明の他の目的は、異なる物体の接触を検出するためのタッチパネルを提供することである。

本発明の他の目的は、環境影響に対して耐性のあるタッチパネルを提供することである。

本発明のさらに別の目的は、一度に検出可能な点の数が多いタッチパネルを提供することである。

本発明によるタッチパネルの例示的な実施形態が添付の図面に示されている。

タッチパネルの側面図タッチパネルの例示的な実施形態の側面図タッチパネルの別の例示的な実施形態の側面図

図面に示されている全ての部分は個々に参照番号が割り当てられており、これらの番号の対応する用語は以下のようにリストアップされる。

Ｔタッチパネル
１表層
２光源
３画像センサ
４画像供給源
５ａ第１光ファイバ束
５ｂ第２光ファイバ束
５ｃ第３光ファイバ束
６第１データリンク
７第２データリンク

コンピュータ、携帯電話、及びテレビなどのユーザとの交流を提供する電子機器では、ユーザからのコマンド／データは、ヒューマンインターフェース機器を介して電子機器に入力される。タッチパネルは小型で実用的であるので、それらは多くの電子機器においてヒューマンインターフェース機器として適している。したがって、本発明によれば、タッチパネルが提供される。

図１〜図３に示すように、本発明によるタッチパネル（Ｔ）は、剛性を有し（低弾性係数を有する）、透明材料（例えばガラス、プレキシガラス）からなる少なくとも１つの表層（１）と、少なくとも１つの光源（２）と、少なくとも１つの画像センサ（３）（すなわち、ＣＣＤ、ＣＭＯＳセンサなど）と、一端が光源（２）に向けて配置され、他端が前記表層（１）に向けて配置され、光源（２）から得られた光を表層（１）に伝達する、複数の光ファイバケーブルを含む少なくとも１つの第１光ファイバ束（５ａ）と、一端が画像センサ（３）の少なくとも１つの画素と対になり、他端が前記表層（１）に対向して配置されている複数の光ファイバケーブルを含み、表層（１）から受け取った画像を画像センサ（３）に送信する少なくとも１つの第２光ファイバ束（５ｂ）と、表層（１）に接触する少なくとも１つの物体の位置を識別するために画像処理技術を用いて画像センサ（３）によって撮影された画像を分析する少なくとも１つの制御ユニット（不図示）と、画像センサ（３）と制御ユニットとの間のデータ通信のための少なくとも１つの第１データリンク（６）とを備える。第１データリンク（６）は有線接続でも無線接続でもよい。

例示的な実施形態では、本発明によるタッチパネル（Ｔ）は、タッチ特性を前記スクリーンに付与するためにスクリーン上に配置することができる。この実施形態では、前記光源（２）によって生成された光線は、第１光ファイバ束（５ａ）によって表層（１）に伝送される。光線は透明表層（１）を通過して周囲環境に到達する。物体（例えば、ユーザの指またはペン）が表層（１）上に置かれると、周囲の環境に伝達された光線は前記物体を照らす。照明された物体の画像は、第２光ファイバ束（５ｂ）によって画像センサ（３）に送信される。画像センサ（３）によって撮像された画像フレームは、画像処理技術を用いて制御ユニットによって分析され、表層（１）上（すなわちスクリーン上）の前記物体の位置が決定される。ここでは、画像センサ（３）が撮像した画像フレームを用いてタッチ位置を検出するので、所望の時間に所望の数のタッチ点を検出することができる。さらに、光源（２）の明るさの変化（例えば、増加）によって、物体が表層（１）に触れる前であっても物体が検出され得る。

本発明に係るタッチパネル（Ｔ）において、画像センサ（３）が撮像した画像フレームを用いてタッチを検出するので、異なる物体の接触を検出することができ、タッチパネル（Ｔ）に接触する物体を区別することができる。別の例示的な実施形態では、指がタッチパネル（Ｔ）に触れた場合、画像センサ（３）によって撮像された画像フレームを用いてユーザの指紋を検出することができる。このようにして、許可されていない人がタッチパネル（Ｔ）を構成する電子装置に対していかなる行動をとることを防止するために、許可された人の指紋のみが検出される。

本発明の別の好ましい実施形態では、タッチパネル（Ｔ）は、少なくとも１つの画像を生成し、生成した画像を表層（１）に送信する少なくとも１つの画像供給源（４）を備える。前記画像供給源（４）は、少なくとも第２データリンク（７）によって前記制御装置に接続されていることが好ましい。したがって、画像供給源（４）において取得される画像は、制御ユニットによって制御される。画像供給源（４）で取得された画像を表層（１）に伝達することによって、前記画像がユーザに提供される（すなわち、タッチパネル（Ｔ）がタッチスクリーンにされる）。この実施形態では、画像供給源（４）は表層（１）から所望の距離に配置することができる。したがって、画像供給源（４）および／または画像センサ（３）は、例えば、隔離媒体（例えば、ファラデー箱）内に配置され、タッチパネル（Ｔ）が外部環境に配置されているのに対して、画像供給源（４）および／または画像センサ（３）は放射線などの環境影響から保護されている。前記画像供給源（４）は、ＬＣＤパネル、または各画素がＲＧＢＬＥＤを含むパネルの形態でもよい。

例示的な実施形態では、図２に示すように、画像供給源（４）は光源（２）と第１光ファイバ束（５ａ）との間に配置されている。この実施形態では、光源（２）に対向する第１光ファイバ束（５ａ）内の光ファイバケーブルの先端は、画像供給源（４）の少なくとも１つの画素と対になっている。この実施形態では、第１光ファイバ束（５ａ）が、画像供給源（４）によって生成された画像および光源（２）によって生成された光線を表層（１）に確実に伝達する。

本発明の好ましい実施形態では、タッチパネル（Ｔ）は、複数の分配部材（図示省略）
を備え、それぞれの分配部材は、表層（１）に対向する第１光ファイバ束（５ａ）の光ファイバケーブルの先端に接続され、分配部材が接続されている光ファイバケーブルによって運ばれる画像を特定の領域に分配する。

前記分配部材は、プレキシまたはレンズの形態でもよい。分配部材を用いて、画像供給源（４）で取得された画像を所望の寸法にすることができる。ここで、各分配部材は、結果として得られる最終画像内に画素を形成する。分配部材の寸法を調整することによって、最終画像の寸法も調整することができる。したがって、数メートルの寸法を有するスクリーンを、例えば、数センチメートルの寸法を有する画像供給源（４）を用いて達成することができる。

図３に示す本発明の別の実施形態では、前記画像供給源（４）は光源（２）から独立して配置されている。この実施形態のタッチパネル（Ｔ）は、複数の光ファイバケーブルを含む少なくとも１つの第３光ファイバ束（５ｃ）を含み、第３光ファイバ束（５ｃ）の先端は画像供給源（４）の少なくとも１つの画素と対にされ、他の先端部は前記表層（１）を向いて位置し、画像供給源（４）で生成された画像を表層（１）に伝達する。ここで、前記光源（２）は赤外線を照射するように構成され、前記画像センサ（３）は赤外線を検出するように構成されてもよい。放出される光は、様々な波長（可視光、赤外光など）を有してもよく、または、異なる点滅周波数（例えば、一定の点滅、固定周波数の点滅、所定の順序で変動する周波数での点滅）であってもよい。したがって、検知のためにシステムによって送信される光は、周囲の環境から来るかもしれない画像および他の光と区別され、システムによって送信されるもの以外のそれらの光が誤った検出を引き起こすことを防ぐ。前記実施形態では、画像センサ（３）は、用いられる光源の、波長（すなわち赤外線）および周波数（例えば、高周波カメラセンサ）を感知するように選択される。

本発明の別の好ましい実施形態では、タッチパネル（Ｔ）は複数の分配部材（不図示）を含み、各分配部材は、表層（１）に向いている第３光ファイバ束（５ｃ）の光ファイバケーブルの先端に接続されており、それが接続されている光ファイバケーブルによって伝達された画像を特定の領域に分配する。前記分配部材は、プレキシまたはレンズの形態でもよい。

本発明の別の好ましい実施形態では、タッチパネル（Ｔ）は、第１光ファイバ束（５ａ）側に配置された少なくとも１つのレンズユニット（不図示）と、表層（１）に面する第２光ファイバ束（５ｂ）および／または第３光ファイバ束（５ｃ）とを含む。前記レンズユニットは、第１光ファイバ束（５ａ）または第３光ファイバ束（５ｃ）を介して画像供給源（４）から表層（１）に所望の角度と寸法で伝達される、光の表層（１）への伝達を確実にする。したがって、画像供給源（４）で取得された画像は変形することなく表層（１）に伝達される。同様に、レンズユニットは、表層（１）から第２光ファイバ束（５ｂ）へ伝送される光が所望の角度および寸法で入力されることを確実にする。これにより、画像センサ（３）において鮮明な画像が得られる。さらに、このようにして、検出において何らの損失もなくより低い間隔で光ファイバケーブルを配置することが可能である。

本発明によるタッチパネル（Ｔ）は、タッチ機能を有する任意の媒体、装置またはシステム（例えば、曲面スクリーン、ドーム型構造、ガラスコンピュータキーボード、ガラスピアノ、スコアボード、タッチディスプレイウィンドウ、カーコンソール、表面が粗いアプリケーションなど）で使用することができる。

本発明の他の代替実施形態では、第１光ファイバ束（５ａ）、第２光ファイバ束（５ｂ）、および／または第３光ファイバ束（５ｃ）はマルチピースの束である。この実施形態では、第１光ファイバ束（５ａ）、第２光ファイバ束（５ｂ）、および／または第３光ファイバ束（５ｃ）は、複数の光ファイバケーブルを含む第１部分と、複数の光ファイバケーブルを含む第２部分と、一端が前記第１部分の各光ファイバケーブルの先端に接続され、他端が前記第２部分の各光ファイバケーブルの先端に接続されている、光キャリアファイバケーブルとを備え、光キャリアファイバケーブルの直径は、第１部分および第２部分における光ファイバケーブルの直径よりも大きく、光キャリアファイバケーブルは、第１部分の光ファイバケーブルによって運ばれる光を第２部分の光ファイバケーブルに伝達し、第２部分の光ファイバケーブルによって運ばれる光を第１部分の光ファイバケーブルに伝達する。このように、光ファイバケーブルの長さを長くしなければならない実施形態では、多数の光ファイバケーブルではなく、１本または限られた数の光ファイバケーブル（キャリアファイバ）で十分である。キャリアファイバの他の実施形態では、前記光キャリアファイバケーブルの直径は、第１部分および第２部分の直径よりも小さい。この実施形態では、第１部分の各光ファイバケーブルと第２部分の各光ファイバケーブルとを正確にペアにするために（すなわち、異なる光ファイバケーブルから来る光線が互いに干渉しないようにするために）、第１光束（５ａ）、第２光ファイバ束（５ｂ）、および／または第３光ファイバ束（５ｃ）もまた、少なくとも２つの光素子を備え、それぞれの光素子が光キャリアファイバケーブルと第１部分との間、および光キャリアファイバケーブルと第２部分との間に挿入されている。

本発明の別の好ましい実施形態では、タッチパネル（Ｔ）は、所望の距離から用いるために特定の周波数および／または波長の光を放射するレーザーポインタ（不図示）を備える。前記レーザポインタを用いて、ユーザは所望の距離から表層（１）にレーザ光を送ることができる。レーザ光が表層（１）のどの点に向けられたかを検出できるように、表層（１）に向けられたレーザ光は、第２光ファイバ（５ｂ）を通って画像センサ（３）に入る。したがって、リモートコマンドは、それに触れることなくタッチパネル（Ｔ）に送信される。

代替の実施形態では、本発明によるタッチパネル（Ｔ）は、例えば銃のシミュレーションに使用することができる。この実施形態では、前記レーザポインタは銃の形をしており、レーザポインタを使用することによって、撃つためにレーザ光がタッチパネル（Ｔ）に向けられる。レーザ光がタッチパネル（Ｔ）に接触した点がショット領域として検出され、ショットの精度が判定される。ここでは、異なるレーザポインタ（異なる銃）からのレーザ光が異なる色および／または異なる周波数で点滅するので、銃は互いに区別される。

本発明の代替の実施形態では、前記表層（１）はマルチピース形状を有していてもよい。本実施形態では、画像供給源（４）で得られた画像の一部は、第１光ファイバ束（５ａ）によって１ピースに転送され、画像の別の一部は他の第１光ファイバ束（５ａ）によって別のピースに転送される。

本発明に係るタッチパネル（Ｔ）では、表層（１）に接触している物体が光源（２）によって照明され、その画像が画像供給源（４）によって撮像される。撮像された画像は、画像処理技術を用いて制御ユニットによって分析され、したがって、接触点を、容易で実用的かつ正確な方法で検出することができる。検出は画像によって行われるので、任意の所望の物体（具体的には、透明でなく、光源（２）によって生成された光を吸収しない物体）の接触位置を検出することができる。

Claims

剛性を有し透明材料からなる少なくとも１つの表層（１）と、
少なくとも１つの光源（２）と、
少なくとも１つの画像センサ（３）と、
一端が前記光源（２）に向けて配置され、他端が前記表層（１）に向けて配置され、前記光源（２）から得られた光を前記表層（１）に伝達する、複数の光ファイバケーブルを含む少なくとも１つの第１光ファイバ束（５ａ）と、
一端が画像センサ（３）の少なくとも１つの画素と対になり、他端が前記表層（１）に向けて配置されている複数の光ファイバケーブルを含み、前記表層（１）から受け取った画像を前記画像センサ（３）に送信する少なくとも１つの第２光ファイバ束（５ｂ）と、
前記表層（１）に接触する少なくとも１つの物体の位置を識別するために画像処理技術を用いて前記画像センサ（３）によって撮像された画像を分析する少なくとも１つの制御ユニットと、
前記画像センサ（３）と制御ユニットとの間のデータ通信のための少なくとも１つの第１データリンク（６）と、
前記画像センサ（３）を介して入力されない、少なくとも１つの画像を生成し、生成された画像を前記表層（１）へ伝達する少なくとも１つの画像供給源（４）と、を備え、
前記画像供給源（４）が前記光源（２）と前記第１光ファイバ束（５ａ）との間に挿入され前記光源（２）を向く前記第１光ファイバ束（５ａ）の前記光ファイバケーブルの先端が前記画像供給源（４）の少なくとも１つの画素と対になる、または、一端が前記画像供給源（４）の少なくとも１つの画素と対になり他端が前記表層（１）を向いて配置され前記画像供給源（４）で生成された画像を前記表層（１）へ伝達する複数の光ファイバケーブルを備える少なくとも１つの第３光ファイバ束（５ｃ）をさらに備える、
ことを特徴とする、タッチパネル（Ｔ）。
前記画像供給源（４）と前記制御ユニットとの間のデータ通信のための少なくとも１つの第２データリンク（７）を備える、
ことを特徴とする、請求項１に記載のタッチパネル（Ｔ）。
前記画像供給源（４）がＬＣＤパネルの形態である、
ことを特徴とする、請求項１に記載のタッチパネル（Ｔ）。
前記画像供給源（４）はパネルの形態であり、前記パネルの各画素はＲＧＢＬＥＤを含む、
ことを特徴とする、請求項１に記載のタッチパネル（Ｔ）。
それぞれが表層（１）を向く第１光ファイバ束（５ａ）の光ファイバケーブルの先端に接続される複数の分配部材を備え、接続される光ファイバケーブルによって搬送される画像を特定の領域に分配する、
ことを特徴とする、請求項１に記載のタッチパネル（Ｔ）。
それぞれが表層（１）を向く第３光ファイバ束（５ｃ）の光ファイバケーブルの先端に接続される複数の分配部材を備え、接続される光ファイバケーブルによって搬送される画像を特定の領域に分配する、
ことを特徴とする、請求項１に記載のタッチパネル（Ｔ）。
前記第１光ファイバ束（５ａ）および／または前記第２光ファイバ束（５ｂ）の前記表層（１）に向く側に配置された少なくとも１つのレンズユニットを備える、
ことを特徴とする、請求項１に記載のタッチパネル（Ｔ）。
表層（１）に向く第３光ファイバ束（５ｃ）の側に位置する少なくとも１つのレンズユニットを備える、
ことを特徴とする、請求項１に記載のタッチパネル（Ｔ）。
第１光ファイバ束（５ａ）および／または第２光ファイバ束（５ｂ）は、複数の光ファイバケーブルを含む第１部分と、複数の光ファイバケーブルを含む第２部分と、一端に前記第１部分の各光ファイバケーブルの先端が接続され、他端に前記第２部分の各光ファイバケーブルの先端が接続される、光キャリアファイバケーブルとを備え、前記光キャリアファイバケーブルの直径は、前記第１部分および前記第２部分の光ファイバケーブルの直径より大きく、前記光キャリアファイバケーブルは、前記第１部分の光ファイバケーブルによって搬送される光を前記第２部分の光ファイバケーブルに伝達し、前記第２部分の光ファイバケーブルによって搬送される光を前記第１部分の光ファイバケーブルに伝達する、
ことを特徴とする、請求項１に記載のタッチパネル（Ｔ）。
第１光ファイバ束（５ａ）および／または第２光ファイバ束（５ｂ）は、少なくとも２つの光素子を備え、それぞれが前記光キャリアファイバケーブルと第１部分との間、および、光キャリアファイバケーブルと第２部分との間に挿入される、
ことを特徴とする、請求項９に記載のタッチパネル（Ｔ）。
前記第３光ファイバ束（５ｃ）は、複数の光ファイバケーブルを含む第１部分と、複数の光ファイバケーブルを含む第２部分と、一端が前記第１部分の各光ファイバケーブルの先端と接続され、他端が前記第２部分の各光ファイバケーブルの先端と接続されている、光キャリアファイバケーブルと、を備え、前記光キャリアファイバケーブルの直径は、前記第１部分および前記第２部分の光ファイバケーブルの直径よりも大きく、前記第１部分の光ファイバケーブルによって搬送された光を前記第２部分の光ファイバケーブルに伝達し、前記第２部分の光ファイバケーブルによって搬送された光を前記第１部分の光ファイバケーブルに伝達する、
ことを特徴とする、請求項１に記載のタッチパネル（Ｔ）。
前記第３光ファイバ束（５ｃ）は、光キャリアファイバケーブルと第１部分との間、および光キャリアファイバケーブルと第２部分との間に、それぞれ挿入された少なくとも２つの光素子を備える、
ことを特徴とする、請求項１１に記載のタッチパネル（Ｔ）。
特定の周波数および／または予め定められた順序で変化する周波数で点滅する、および／または波長を有する光信号を発するレーザポインタを備える、
ことを特徴とする、請求項１に記載のタッチパネル（Ｔ）。
前記レーザポインタは銃の形態であり、および／または銃に装着可能である、
ことを特徴とする、請求項１３に記載のタッチパネル（Ｔ）。
前記光源（２）は、赤外線を照射する、
ことを特徴とする、請求項１に記載のタッチパネル（Ｔ）。
前記画像センサは、赤外線を検出する、
ことを特徴とする、請求項１５に記載のタッチパネル（Ｔ）。
前記光源（２）は、様々な波長の光を照射する、
ことを特徴とする、請求項１に記載のタッチパネル（Ｔ）。
前記光源（２）は、様々な周波数で点滅する光を照射する、
ことを特徴とする、請求項１に記載のタッチパネル（Ｔ）。