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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-11-07
(45)【発行日】2024-11-15
(54)【発明の名称】光学式タッチセンサ
(51)【国際特許分類】
G06F 3/042 20060101AFI20241108BHJP
【ＦＩ】
G06F3/042 483
【請求項の数】
6
(21)【出願番号】P 2023519843
(86)(22)【出願日】2021-09-28
(65)【公表番号】
(43)【公表日】2023-10-23
(86)【国際出願番号】 US2021052370
(87)【国際公開番号】W WO2022072331
(87)【国際公開日】2022-04-07
【審査請求日】2023-06-19
(31)【優先権主張番号】63/085,838
(32)【優先日】2020-09-30
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(73)【特許権者】
【識別番号】522229134
【氏名又は名称】ネオノード インコーポレイテッド
(74)【代理人】
【識別番号】100094569
【弁理士】
【氏名又は名称】田中 伸一郎
(74)【代理人】
【識別番号】100103610
【弁理士】
【氏名又は名称】▲吉▼田 和彦
(74)【代理人】
【識別番号】100109070
【弁理士】
【氏名又は名称】須田 洋之
(74)【代理人】
【識別番号】100098475
【弁理士】
【氏名又は名称】倉澤 伊知郎
(74)【代理人】
【識別番号】100130937
【弁理士】
【氏名又は名称】山本 泰史
(74)【代理人】
【識別番号】100144451
【弁理士】
【氏名又は名称】鈴木 博子
(74)【代理人】
【識別番号】100107537
【弁理士】
【氏名又は名称】磯貝 克臣
(72)【発明者】
【氏名】ホルムグレン ステファン ヨハネス
【審査官】亀澤 智博
(56)【参考文献】
【文献】特表２０１４－５１３３７５（ＪＰ，Ａ）
【文献】中国特許出願公開第１０６８８６３４２（ＣＮ，Ａ）
【文献】特表２０１６－５２８５８４（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２０１５／０１３８１５８（ＵＳ，Ａ１）
【文献】特開２０１５－０７２６３２（ＪＰ，Ａ）
【文献】韓国登録特許第１０－１３０８０９８（ＫＲ，Ｂ１）
【文献】特開２０１２－２０８９１４（ＪＰ，Ａ）
【文献】中国実用新案第２０２２５７５１７（ＣＮ，Ｕ）
【文献】特表２０１０－５２５４８５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００６－１７１８５４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特表２００５－５０７５２０（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平０５－１１９９０９（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｇ０６Ｆ ３／０３ － ３／０４７
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
複数の物体の位置を検出するための光学式センサであって、長方形状の検出領域の２つの対向する縁部に沿って配置された複数のレンズと、
前記複数のレンズの下方に取り付けられた回路基板と、
前記長方形状の検出領域の前記２つの対向する縁部のうちの特定の１つの縁部に沿って前記回路基板上に取り付けられた複数の光エミッタと、
前記長方形状の検出領域の前記特定の１つの縁部に対向する方の縁部に沿って前記回路基板に取り付けられた複数の光検出器と、
前記複数の光検出器からの出力を受信するプロセッサと、
を備え、
各光エミッタは、起動される時、前記複数のレンズのそれぞれの１つを通して光ビームを投射するように動作可能であって、当該複数のレンズは、各光エミッタから投射される光ビームを、前記長方形状の検出領域を横切って、前記特定の１つの縁部に対向する方の前記縁部に沿って配置された前記複数のレンズのそれぞれに向けられる、複数の発散光ビームに分割するように構成されており、
向けられる発散光ビームの各々の光強度が、当該向けられる発散光ビームの中心に沿って最大化されており、
向けられる発散光ビームの各々の内部の光強度分布が、知られており、
前記複数のレンズは、当該複数のレンズによって異なる幅の光ビームが前記長方形状の検出領域を横切るように向けられるように設計されており、
各光検出器は、前記長方形状の検出領域を横切って、前記特定の１つの縁部に対向する方の前記縁部に沿って配置された前記複数のレンズのそれぞれの１つを通して向けられる前記発散光ビームを受容するようになっており、
前記プロセッサは、前記知られている向けられる発散光ビームの各々の内部の光強度分布と、受信された前記出力と、に基づいて、前記長方形状の検出領域内の物体の位置を計算するようになっている
ことを特徴とする光学式センサ。
【請求項2】
前記複数の光エミッタは、前記複数の光検出器に対して、シフトされた状態で整列されていることを特徴とする請求項１に記載の光学式センサ。
【請求項3】
前記複数のレンズは、前記長方形状の検出領域のコーナー部の近くに配置された前記複数のレンズの一部が、前記複数のレンズの他部によって前記長方形状の検出領域を横切るように向けられる光ビームよりも狭い光ビームを前記長方形状の検出領域を横切るように向ける、というように設計されていることを特徴とする請求項１に記載の光学式センサ。
【請求項4】
前記長方形状の検出領域のコーナー部の近くに配置された前記複数のレンズの一部は、前記複数のレンズの他部よりも、小さいことを特徴とする請求項１に記載の光学式センサ。
【請求項5】
複数の物体の位置を検出するための光学式センサであって、
長方形状の検出領域の２つの対向する縁部に沿って配置された複数のレンズと、
前記複数のレンズの下方に取り付けられた回路基板と、
前記長方形状の検出領域の前記２つの対向する縁部のうちの特定の１つの縁部に沿って前記回路基板上に取り付けられた複数の光エミッタと、
前記長方形状の検出領域の前記特定の１つの縁部に対向する方の縁部に沿って前記回路基板に取り付けられた複数の光検出器と、
前記複数の光検出器からの出力を受信するプロセッサと、
を備え、
各光エミッタは、起動される時、前記複数のレンズのそれぞれの１つを通して光ビームを投射するように動作可能であって、当該複数のレンズは、各光エミッタから投射される光ビームを、前記長方形状の検出領域を横切って、前記特定の１つの縁部に対向する方の前記縁部に沿って配置された前記複数のレンズのそれぞれに向けられる、複数の発散光ビームに分割するように構成されており、
向けられる発散光ビームの各々の光強度が、当該向けられる発散光ビームの中心に沿って最大化されており、
向けられる発散光ビームの各々の内部の光強度分布が、知られており、
各光検出器は、前記長方形状の検出領域を横切って、前記特定の１つの縁部に対向する方の前記縁部に沿って配置された前記複数のレンズのそれぞれの１つを通して向けられる前記発散光ビームを受容するようになっており、
前記プロセッサは、前記知られている向けられる発散光ビームの各々の内部の光強度分布と、受信された前記出力と、に基づいて、前記長方形状の検出領域内の物体の位置を計算するようになっており、
前記長方形状の検出領域のコーナー部の近くに配置された前記複数のレンズの一部は、前記複数のレンズの他部よりも、前記複数の光エミッタのそれぞれの１つからの光ビームをより少ない数の発散光ビームに分割する、というように設計されている
ことを特徴とする光学式センサ。
【請求項6】
複数の物体の位置を検出するための光学式センサであって、
長方形状の検出領域の２つの対向する縁部に沿って配置された複数のレンズと、
前記複数のレンズの下方に取り付けられた回路基板と、
前記長方形状の検出領域の前記２つの対向する縁部のうちの特定の１つの縁部に沿って前記回路基板上に取り付けられた複数の光エミッタと、
前記長方形状の検出領域の前記特定の１つの縁部に対向する方の縁部に沿って前記回路基板に取り付けられた複数の光検出器と、
前記複数の光検出器からの出力を受信するプロセッサと、
を備え、
各光エミッタは、起動される時、前記複数のレンズのそれぞれの１つを通して光ビームを投射するように動作可能であって、当該複数のレンズは、各光エミッタから投射される光ビームを、前記長方形状の検出領域を横切って、前記特定の１つの縁部に対向する方の前記縁部に沿って配置された前記複数のレンズのそれぞれに向けられる、複数の発散光ビームに分割するように構成されており、
向けられる発散光ビームの各々の光強度が、当該向けられる発散光ビームの中心に沿って最大化されており、
向けられる発散光ビームの各々の内部の光強度分布が、知られており、
各光検出器は、前記長方形状の検出領域を横切って、前記特定の１つの縁部に対向する方の前記縁部に沿って配置された前記複数のレンズのそれぞれの１つを通して向けられる前記発散光ビームを受容するようになっており、
前記プロセッサは、前記知られている向けられる発散光ビームの各々の内部の光強度分布と、受信された前記出力と、に基づいて、前記長方形状の検出領域内の物体の位置を計算するようになっており、
前記複数のレンズは、前記複数の発散光ビームを扇状の形状に広げ、
各扇状の形状は、頂角を有し、
前記長方形状の検出領域のコーナー部の近くに配置された前記複数のレンズの一部は、前記複数のレンズの他部によって生成される光ビームの扇状の形状の頂角よりも小さい頂角を有するように、光ビームの扇形の形状を生成する
ことを特徴とする光学式センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明の技術分野は、タッチスクリーンであり、特には光学式タッチスクリーンである。
【背景技術】
【0002】
図１が参照される。図１は、第１の従来技術の光学式タッチスクリーンの簡略図であり、「ＬＩＧＨＴ－ＢＡＳＥＤ ＴＯＵＣＨ ＳＣＲＥＥＮ ＷＩＴＨ ＳＨＩＦＴ－ＡＬＩＧＮＥＤ ＥＭＩＴＴＥＲ ＡＮＤ ＲＥＣＥＩＶＥＲ ＬＥＮＳＥＳ」と題されて本発明の譲受人に譲渡された米国特許第９，４７１，１７０号に記載されている。このタッチスクリーン９００は、レンズアレイ３００～３０３によって取り囲まれている。エミッタ１００～１２１が、タッチスクリーンの２つの隣接する縁部に沿って配置されており、検出器２００～２２３が、残りの２つの縁部に沿って配置されている。タッチスクリーンの縁部に沿ったエミッタは、タッチスクリーンの反対側の縁部に沿った検出器に対して、シフトされた状態で整列されている。レンズ３００及び３０１は、各エミッタからの光を広げて、２つの対向する検出器に到達するように構成されており、レンズ３０２及び３０３は、各検出器が２つの対向するエミッタから光を受け取るように構成されている。
【0003】
図１は、水平光ビーム４００～４０７及び垂直光ビーム４０８～４２１を示しており、各ビームは、それぞれのエミッタから発して、２つの検出器に到達する。各エミッタは、プロセッサ９０１によって、対応する検出器と同期して活性化（アクティブ化）される。プロセッサ９０１はまた、検出器の出力を記憶し、これらの出力に基づいてタッチ位置を計算する。
【0004】
図２が参照される。図２は、第２の従来技術の光学式タッチスクリーンの簡略図であり、「ＯＰＴＩＣＡＬ ＴＯＵＣＨ ＳＣＲＥＥＮＳ」と題されて本発明の譲受人に譲渡された米国特許第９，０６３，６１４号に記載されている。このタッチスクリーン９０２は、レンズアレイ３０４～３０７によって取り囲まれている。エミッタ１２２～１７４が、タッチスクリーンの２つの隣接する縁部に沿って配置されており、検出器２２４～２７８が、残りの２つの縁部に沿って配置されている。図１のレンズ３００及び３０１とは対照的に、レンズ３０５及び３０６は、各エミッタからの光を広げて、多数の検出器に到達するように構成されている。同様に、レンズ３０４及び３０７は、各検出器が多数のエミッタから光を受け取るように構成されている（例えば１ダイオードあたり±８チャンネル）。図２は、検出される光ビーム４２２～４７４の密なメッシュを示している。各エミッタは、プロセッサ９０３によって、対応する検出器と同期して活性化（アクティブ化）される。プロセッサ９０３はまた、検出器の出力を記憶し、これらの出力に基づいてタッチ位置を計算する。
【0005】
図１に示されたタッチスクリーンシステムは、タッチ検出に良好な信号レベルを提供する比較的狭い光チャネルを備えている。更に、各光ビームは、ビームの幅に亘る信号勾配を提供するように整形されている。これらの信号勾配が、異なるエミッタ－検出器の対によって検出される遮蔽光の量を比較することによって、遮蔽物体がビーム内のどこに位置しているのかを正確に特定することを可能にする。従って、当該システムは、各光チャネルから優れた情報を提供する。また、当該システムは、コンポーネント間の大きなピッチ（ｐで示される）で良好に機能する（例えば、ｐは、１５ｍｍ～１８ｍｍの間である）。ただし、当該システムは、水平光ビームと同様に、垂直光ビームがほぼ平行であるため、ゴーストタッチの抑制については、最適ではない。
【0006】
図３が参照される。図３は、ゴーストタッチ問題の簡略図である。ブロック化されたビーム（検出用）７２５～７２８が、位置９１０～９１３のいずれがタッチ物体を含むのか、に関して、曖昧さを生み出す。この場合、実際の物体は、位置９１０と位置９１１とにある。
【0007】
ゴーストタッチ問題は、図１のタッチスクリーンに存在する。対照的に、図２に示されるタッチスクリーンシステムは、水平光ビーム及び垂直光ビームについて異なる角度範囲、例えば±２０°、を提供する。これは、システムがゴーストタッチを良好に抑制することを可能にする。当該システムは、ｐ≒１２．５ｍｍ等、わずかに多くのコンポーネントで最適に機能するが、これは当該システムをより高価にする。エミッタビームの角度がより広いと、エミッタ－検出器の各対の信号レベルがより低くなり、更に、エミッタ－検出器の各光チャネルが、図１のシステムのようにビームの幅を横切る信号勾配を特徴としないため、タッチ位置の計算の正確性が悪くなる。図２のタッチスクリーンシステムは、また、より多くの光チャネルを備えており、全てのエミッタ－検出器のチャネルを活性化（アクティブ化）して検出信号を記憶及び処理するという点で、よりコストがかかる。
【0008】
【0009】
「ＯＰＴＩＣＡＬ ＴＯＵＣＨ ＳＣＲＥＥＮ ＷＩＴＨ ＴＲＩ－ＤＩＲＥＣＴＩＯＮＡＬ ＭＩＣＲＯ－ＬＥＮＳＥＳ」と題された、ＵＳ ２０１２／０１８８２０６ Ａ１（「‘２０６公開公報」）は、本発明の譲受人に譲渡された米国特許出願第１３／４２４，４７２号の公開公報である。‘２０６公開は、各エミッタビームが３つの別個のビームに分割される光学式タッチスクリーンについて論じており、特に‘２０６公開公報の図８３、図８９、図９０、図９８及び図９９を参照している。各エミッタビームが３つの別個のビームに分割される光学式タッチスクリーンの動機付けは、特に‘２０６公開公報の図８３、図８９、図９０、図９８及び図９９を参照して、以下の通りである。図１の光学式タッチスクリーンにおいて、ゴーストタッチ問題、すなわち、不十分な位置データに基づく複数のタッチを一意に（単一解に）特定しようとする問題、を解決するには、より多くの情報が必要とされる。‘２０６公開公報で提案されている解決策は、より多くの検出チャネル、すなわち、より多くの光ビームのグリッドを提供することである。グリッドがより異なれば、情報コンテンツがより良好となる。従って、既存のグリッドに対して４５度傾いたグリッドを追加すると、多くのチャネルを追加しなくても、ほとんどの情報が得られる。
【0010】
しかしながら、追加の４５度のグリッドは、検出器のフォトダイオード（ＰＤ）がスクリーンの４つの縁部の全てに沿って配置されることを要求し、従って、タッチスクリーンの２つの縁部にＬＥＤがあってタッチスクリーンの反対側の縁部に沿ってＰＤがある図１の構成は、使用されることができない。これは、スクリーンの縁部に沿って、ＬＥＤとＰＤとが交互に配置される構成を導く。
【0011】
この時、スクリーンの４つの縁部のうちの２つにハーフレンズを使用するか、あるいは、全ての縁部に標準のレンズのみを使用するか、の選択がなされる。すなわち、スクリーンの対向する縁部に沿ったレンズが整列されるか、あるいは、図１のようにシフト状態で整列されるか、の選択がなされる。特に米国特許第９，４７１，１７０号で論じられているように、シフト状態で整列される構成には利点がある。しかしながら、追加の４５度のチャネルを考慮すると、シフト状態で整列される構成は複雑である。従って、追加の４５度のチャネルを考慮して、整列される構成が要求される。
【0012】
スクリーンの反対側の縁部にレンズが整列される構成は、スクリーンの反対側の縁部にＬＥＤコンポーネント及びＰＤコンポーネントも同様に整列されることを意味する。ただし、各ＬＥＤが、別のＬＥＤの反対側にあるのか、ＰＤの反対側にあるのか、が決定される必要がある。各ＬＥＤからの中央ビームが、スクリーンを横切る時に広がって、スクリーンの反対側の縁部に沿って３つのコンポーネントに到達すると仮定すると、各ＬＥＤが別のＬＥＤの反対側にある場合、１つのＬＥＤからの当該中央ビームは、２つのＰＤに到達する。ただし、これは、中央において悪情報の問題を引き起こす。なぜなら、当該中央ビームの中央は、ＰＤではなくＬＥＤに向けられるからである。他方、各ＬＥＤがＰＤの反対側にある場合、チャネルは、ＬＥＤからＰＤまで真っ直ぐであり、３つの反対側のコンポーネントに広がる中央ビームは、１つのＰＤ（及び当該ＰＤの両側にある２つのＬＥＤ）のみに到達する。この場合、チャネルのオーバーラップが無いため、幾つかの信号（チャネル）の補間を使用する可能性が、大幅に限定される。オーバーラップするチャネルを補間することの利点は、特に米国特許第９，４７１，１７０号に説明されている。‘２０６公開公報の段落［０３３２］に示されているように、各ＬＥＤをＰＤの反対側に整列して重複するチャネルを特徴としない構成は、比較的大きな物体のために使用され得る。
【0013】
オーバーラップするチャネルを提供する方法は、‘２０６公開公報の段落［０３３３］で説明されている。すなわち、小さなファセットを使用して異なる光チャネルにインターリーブして、３方向パターンの均一な分布を得る。多くの小さなファセットが、光を幾つかの方向に広げて隣接するビームにインターリーブすることによって、信号を希釈する。更に、‘２０６公開公報の段落［０３３３］で説明されているシステムは、米国特許第９，４７１，１７０号で説明されているシステムよりも、ピッチ幅に関して柔軟性が低い。なぜなら、‘２０６公開公報のシステムは、スクリーンの両側で等数のピッチを要求するからである。信号は、焦点距離とピッチとによって整形され、良好な情報は存在するが、ほとんど調整されることはできず、‘２０６公開公報の図９４及び図９５と同様である。
【0014】
本発明は、従来技術の欠点に対処する。本発明の他の利点が、以下の説明から明らかになるであろう。
【発明の概要】
【0015】
本発明の一実施形態によれば、複数の物体の位置を検出するための光学式センサが提供される。当該光学式センサは、長方形状の検出領域の２つの対向する縁部に沿って配置された複数のレンズと、前記複数のレンズの下方に取り付けられた回路基板と、前記長方形状の検出領域の前記２つの対向する縁部のうちの特定の１つの縁部に沿って前記回路基板上に取り付けられた複数の光エミッタと、前記長方形状の検出領域の前記特定の１つの縁部に対向する方の縁部に沿って前記回路基板に取り付けられた複数の光検出器と、前記複数の光検出器からの出力を受信するプロセッサと、を備え、各光エミッタは、起動される時、前記複数のレンズのそれぞれの１つを通して光ビームを投射するように動作可能であって、当該複数のレンズは、各光エミッタから投射される光ビームを、前記長方形状の検出領域を横切って、前記特定の１つの縁部に対向する方の前記縁部に沿って配置された前記複数のレンズのそれぞれに向けられる、複数の発散光ビームに分割するように構成されており、向けられる発散光ビームの各々の光強度が、当該向けられる発散光ビームの中心に沿って最大化されており、向けられる発散光ビームの各々の内部の光強度分布が、知られており、各光検出器は、前記長方形状の検出領域を横切って、前記特定の１つの縁部に対向する方の前記縁部に沿って配置された前記複数のレンズのそれぞれの１つを通して向けられる前記発散光ビームを受容するようになっており、前記プロセッサは、前記知られている向けられる発散光ビームの各々の内部の光強度分布と、受信された前記出力と、に基づいて、前記長方形状の検出領域内の物体の位置を計算するようになっている。
【0016】
本発明の実施形態の更なる特徴によれば、前記複数の光エミッタは、前記複数の光検出器に対して、シフトされた状態で整列される。
【0017】
本発明の実施形態の更なる特徴によれば、前記複数のレンズは、当該複数のレンズによって異なる幅の光ビームが前記長方形状の検出領域を横切るように向けられるように設計される。
【0018】
本発明の実施形態の更なる特徴によれば、前記複数のレンズは、前記長方形状の検出領域のコーナー部の近くに配置された前記複数のレンズの一部が、前記複数のレンズの他部によって前記長方形状の検出領域を横切るように向けられる光ビームよりも狭い光ビームを前記長方形状の検出領域を横切るように向ける、というように設計される。
【0019】
本発明の実施形態の更なる特徴によれば、前記長方形状の検出領域のコーナー部の近くに配置された前記複数のレンズの一部は、前記複数のレンズの他部よりも、小さい。
【0020】
本発明の実施形態の更なる特徴によれば、前記長方形状の検出領域のコーナー部の近くに配置された前記複数のレンズの一部は、前記複数のレンズの他部よりも、前記複数の光エミッタのそれぞれの１つからの光ビームをより少ない数の発散光ビームに分割する、というように設計される。
【0021】
本発明の実施形態の更なる特徴によれば、前記複数のレンズは、前記複数の発散光ビームを扇状の形状に広げ、各扇状の形状は、頂角を有し、前記長方形状の検出領域のコーナー部の近くに配置された前記複数のレンズの一部は、前記複数のレンズの他部によって生成される光ビームの扇状の形状の頂角よりも小さい頂角を有するように、光ビームの扇形の形状を生成する。
【0022】
本発明は、以下の詳細な説明を図面と併せて読むことにより、より完全に理解され、認識されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【0023】
【0024】
【0025】
【0026】
【0027】
【0028】
【0029】
【0030】
【0031】
【0032】
【0033】
【0034】
【0035】
【0036】
【0037】
【0038】
【0039】
【0040】
【0041】
【0042】
【0043】
【発明を実施するための形態】
【0044】
本開示及び図面では、以下の符号付けスキームが使用される。同一の符号の要素は、類似してはいるが、必ずしも同一ではない。
【0045】
【0046】
図４が参照される。図４は、本発明に従う、図１の光学式タッチスクリーンにおいて、光学信号に基づいてタッチ位置を計算する原理の概略図である。図４は、タッチスクリーンの実施形態における信号勾配を示している。エミッタ１０９が、隣接する検出器２２１、２２２によって検出される、検出領域９００を横切る垂直光ビーム４０９を投射する。具体的には、ビーム部分４７５が検出器２２２によって検出され、ビーム部分４７６が検出器２２１によって検出される。ビーム部分４７５は、エミッタ１０９のレンズから検出器２２２のレンズまで延びる平行四辺形として示されており、ビーム部分４７６は、エミッタ１０９のレンズから検出器２２１のレンズまで延びる平行四辺形として示されている。ビーム部分４７５、４７６内の破線は、各ビーム部分の中心を示している。検出（検出領域）７０９、７０８によって表されるように、最大強度がビームの中心に沿っていて、強度勾配がビームの縁部に向かって減少する、というように、レンズ３０１がビーム４０９を整形している。レンズ３０３は、レンズ３０１と同様であり、入射光を検出器上に集める。ある物体が、ビーム部分４７５の一部が検出器２２２に到達するのを阻止し、且つ、ビーム部分４７６の一部が検出器２２１に到達するのを阻止する時、ビーム４０９の幅に沿った当該物体の位置が、検出器２２１、２２２での検出を比較することによって決定される。両検出が等しい場合、当該物体はビームの中心軸に沿っており、両検出が等しくない場合、それらの比率が、当該物体がビームの中心に対して片側にどれだけシフトしているかを示す。
【0047】
図４はまた、検出器２１９が２つのエミッタ１１１、１１２から光を受け取る様子を示している。具体的には、エミッタ１１１からのビームの部分４７７、及び、エミッタ１１２からのビームの部分４７８が、検出器２１９に到達している。ビーム部分４７７、４７８が重複する（重なり合う）ため、当該システムは、エミッタ-検出器の対１１１～２１９による検出をエミッタ-検出器の対１１２～２１９による検出と比較することによって、当該重複の幅に沿ってどこに物体が位置決めされているかを決定する。
【0048】
図４は、エミッタ１１７～１１９から検出器２１１～２１４への垂直ビーム４１７～４１９を示している。これらのビームの重複検出部分４７９は、検出領域９００内に配置された物体が、少なくとも２つのエミッタ－検出器の対、すなわち、｛（ｅ，ｄ），（ｅ，ｄ＋１）｝または｛（ｅ，ｄ），（ｅ＋１，ｄ）｝によって検出されることを示している。ここで、ｅとｅ＋１は、２つの隣接するエミッタであり、ｄとｄ＋１は、２つの隣接する検出器である。前述されたように、重複する検出と整形された光ビームとが、信号勾配を提供し、これが、幾つかの（複数の）エミッタ－検出器の対による単一物体の検出の大きさを比較することによって、スクリーンに接触する物体またはこれら光ビームの面に入る物体の位置の正確な計算を可能にする。これらの検出を比較する１つの方法は、補間による方法である。エミッタ－検出器の対の同期起動は、プロセッサ９０３によって制御される。プロセッサ９０３はまた、検出器の出力を記憶し、それらの出力に基づいて検出物体の位置を計算する。
【0049】
図４は、検出領域９００の２つの縁部に沿ったエミッタレンズが、検出領域９００の反対側の縁部に沿った検出器レンズと、シフトされた状態で整列されている様子を示し、２つの反対側の検出器によって検出される各エミッタからのビームは、当該エミッタの反対側から＋／－０．５レンズピッチだけオフセットされた検出器によって検出されるように表示されている。本発明によれば、各エミッタからの光は、検出器の追加の対によって検出される幾つかのビームに分割され、ゴーストタッチ抑制のための追加の検出チャネル及びより多くの（より広い）角度を提供する。
【0050】
従って、本発明の特定の実施形態では、第１の追加ビームが、エミッタの反対側から１．５レンズピッチ及び２．５レンズピッチだけオフセットされた、検出領域の反対側の縁部に沿った検出器に向けられ、第２の追加ビームが、エミッタの反対側から－１．５レンズピッチ及び－２．５レンズピッチだけオフセットされた、検出領域の反対側の縁部に沿った検出器に向けられる。これらの追加ビームは、図１７乃至図２２に示されている。３セットのビームの全て、すなわち、エミッタの反対側から＋／－０．５レンズピッチだけオフセットされた検出器に向けられる最初のビームと、２つの追加ビームと、が提供される時、６セットの検出チャネルが提供される。これが、図２３及び図２４に示されている。
【0051】
本発明の他の実施形態では、異なる追加ビームが使用されて、ゴーストタッチ抑制のために、より広い範囲の角度が提供される。すなわち、第１の追加ビームが、エミッタの反対側から３．５レンズピッチ及び４．５レンズピッチだけオフセットされた隣接する検出器に向けられ、第２の追加ビームが、エミッタの反対側から－３．５レンズピッチ及び－４．５レンズピッチだけオフセットされた検出器に向けられる。これらの追加ビームは、図２５乃至図２９に示されている。これらのビームが、エミッタから＋／－０．５レンズピッチだけオフセットされた検出器に向けられる最初のビームと共に提供される時、図３０及び図３１に示されるように、６セットの検出チャネルが提供される。本発明の更に別の実施形態は、図２５乃至図２９に示されるように、より大きなエミッタ－検出器のオフセットを有する追加のビームを提供し得るし、また、図３２及び図３３に示されるように、検出領域の縁部の近くでより小さなエミッタ－検出器のオフセットを有する追加のビームを提供し得る。
【0052】
図５が参照される。図５は、本発明の一実施形態に従う、１つのエミッタからの光が３つの光学チャネルに分割される様子を示す概略図である。図５は、各エミッタビームを３つの別個の発散ビーム４８４～４８６に分割することを示しており、各別個のビームは、図４に関して前述されたように勾配付きで整形されており、別個のビームの各々の中心に沿って最も高い強度があり、当該光強度はビームの中心から外側に向かって減少されている。これらの分割されて整形されるビームは、レンズ３０９によって形成され、同様のレンズ３１１が、検出器において、各検出器上の３方向の各々にビームを差し向けるべく、設けられている。ビーム４８４～４８６の各々は、２つの検出器に到達する。具体的には、ビーム４８４は、検出器２１４、２１５に到達し、ビーム４８５は、検出器２１２、２１３に到達し、ビーム４８６は、検出器２１０、２１１に到達する。従って、ビーム４８４、４８５間の最小角度、及び、ビーム４８５、４８６間の最小角度は、
である。ここで、ｐは、隣接するコンポーネント間のピッチであり、Ｌは、エミッタ列と反対側の検出器列との間の距離である。
【0053】
図５は、各ビームが３つの別個の整形ビームに分割されることを示しているが、本発明の他の実施形態では、各ビームは２つのみの別個の整形ビームに分割されて、各別個のビームにより多くの光量を提供する。
【0054】
図６が参照される。図６は、エミッタ１１８からの光が２つの別個のビーム４８４、４８５に分割される様子を示しており、各別個のビームは、図４及び図５に関して前述されたように勾配付きで整形されており、別個のビームの各々の中心に沿って最も高い強度があり、当該光強度はビームの中心から外側に向かって減少されている。これらの分割されて整形されるビームは、レンズ３０９によって形成され、同様のレンズ３１１が、検出器において、各検出器上の２方向の各々にビームを差し向けるべく、設けられている。ビーム４８４、４８５の各々は、２つの検出器に到達する。具体的には、ビーム４８４は、検出器２１３、２１４に到達し、ビーム４８５は、検出器２１１、２１２に到達する。従って、ビーム４８４、４８５間の最小角度は、
である。ここで、ｐは、隣接するコンポーネント間のピッチであり、Ｌは、エミッタ列と反対側の検出器列との間の距離である。
【0055】
ビーム４８４、４８５は、両方とも、エミッタ１１８によって投射される。レンズ３０９が、これら２つのビームを分割して整形し、それらをレンズ３１１を介して検出器２１１～２１４に向ける。検出器２１１～２１４での検出が、傾斜曲線７１１～７１４によって示されている。各ビームの最大強度は、その中心に沿っており、各曲線７１１～７１４の最大値がビーム中心の近傍にあって、外側に向かって減少していることが示されている。
【0056】
図７が参照される。図７は、本発明の幾つかの実施形態に従う、実際のタッチをゴーストタッチから区別する様子を示す概略図である。図７は、検出領域９０４における２つのタッチを示し、図６に示されるように各エミッタごとに２つの発散ビームを有するシステムにおいて、図６の遮蔽された左傾斜のビーム４８４によって示される４つの候補タッチ点の位置が、図６の遮蔽された右傾斜のビーム４８５によって示される４つの候補タッチ点の位置とは僅かに異なる、ということを示している。矢印９３１が、右傾斜の垂直ビーム及び水平ビームの方向を示し、矢印９３２が、左傾斜の垂直ビーム及び水平ビームの方向を示している。右傾斜のビームは、可能性あるタッチ位置９１０、９１１、９１２’、９１３’を示し、左傾斜のビームは、可能性あるタッチ位置９１０、９１１、９１２”、９１３”を示している。従って、実際の物体が存在する位置９１０、９１１は、両方のセットのビームについて同一であるが、ゴースト位置９１２、９１３は同じではない。従って、ビームの異なるセットによって示されるタッチ位置を比較することによって、ビームの異なるセットについて同一である位置が実際のタッチ位置であり、ビームの異なるセットについて同一でない位置はタッチ位置はない、ということが判定（決定）される。換言すれば、全てのビームからのタッチ検出を組み合わせることにより、ビームの異なるセットによる検出が特定の位置に集中している場合、当該位置が実際のタッチ位置であり、ビームの異なるセットからの組み合わせ検出がより拡散している位置は、タッチ位置ではない、と判定（決定）される。各エミッタビームを３つの発散ビームに分割することは、ゴーストタッチ問題に対してより堅牢な解決策を提供する。また、以下で説明されるように、発散ビーム間の角度がより大きければ、ゴーストタッチの除去がより堅牢（確実）になる。
【0057】
このように、各エミッタからの光を２つまたは３つのビームに分割することにより、異なる角度のビームが提供され、これは、図１のタッチスクリーンでは解決できない多くのゴーストタッチ状況を解決する。また、分割されたビームが、多くの異なる重複ビームとして表示領域の大部分をカバーするため、タッチ位置を計算するためにより良好な解像度と精度とを提供する。
【0058】
図８が参照される。図８は、本発明の幾つかの実施形態に従う、１つのレンズによって生成され得る５つの異なるビームを示す概略図である。図８は、１つのレンズによってエミッタ１１８から生成され得る５つの異なるビーム４８７～４９１を示している。前述のように、５つのビームの各々は、中心に沿って最大強度を有し、且つ、中心線から離れるにつれて強度が減少するように、整形される。このビーム形状は、物体が遮蔽する光量に基づいて、ビームの幅内のどこに物体が位置しているか、を識別することを可能にする。各ビームは、検出領域の反対側の縁部にある一対の検出器に向けられる。本発明の特定の実施形態では、各レンズは、これら５つのビームのうちの３つを生成する。以下で説明される特定の実施形態では、検出領域９０４のコーナー部からより遠いレンズは、大きな角度で分離されたビームを提供するために、中央ビーム４８９と２つの外側ビーム４８７、４９１を生成するが、一方で、検出領域９０４のコーナー部に近いレンズは、３つの内側ビーム４８８～４９０を生成するように構成されている（外側ビーム４８７または４９１は、検出領域９０４の外側に向けられてしまって、反対側の縁部上の検出器に到達しないからである）。
【0059】
図９乃至図１２が参照される。図９乃至図１２は、本発明の一実施形態に従う光学センサで使用されるレンズの概略図である。図９は、レンズ構造３０９～３１２によって取り囲まれた検出領域９０４を有するタッチスクリーンと、その断面と、を示す。
【0060】
図１０は、図９のタッチスクリーンのレンズ構造３０９を示す。このレンズ構造３０９は、一連の光エミッタの上方に取り付けられ、各エミッタからの光を３つの別個のビームに分割する。図１０は、焦点合わせレンズ３２４、３２５と、光を別個のビームに分割するレンズ３２７、３２８と、を示している。
【0061】
図１１は、焦点合わせレンズ３２５の１つと、光を３つの別個のビームに分割する３つの矢印によって示された反復する３ファセットパターンを有するレンズ３２７の関連部分と、を示している。エミッタごとに３つではなく２つのビームで構成されたセンサでは、レンズ３２７は、２つの発散ビームを作成するために２方向の反復する鋸歯状のファセットパターンを有する。
【0062】
図１２は、タッチ検出領域のコーナー部の近くのレンズ構造３０９の一部分（セクション）を示す。この部分（セクション）は、焦点合わせレンズ３２４と、光を分割するための関連するレンズ３２８と、を含む。このレンズ３２８は、検出領域のコーナー部に近いため、最も右側のビームが検出領域の反対側の縁部にある検出器に到達するように光を向けるように構成され、幾つかの実施形態では、この部分（セクション）は、光を他の部分（セクション）より少ない数のビームに分割する。特定の実施形態では、レンズのこの部分（セクション）は、他の部分（セクション）よりも小さく、他の部分（セクション）よりも集中した光ビームを生成するように構成される。なぜなら、スクリーンの縁部が他のスクリーン部分（セクション）よりも少ない重複ビームによってカバーされるからである。
【0063】
図１３が参照される。図１３は、本発明の一実施形態に従う、光学式タッチスクリーン検出領域を示す概略図である。図１３は、本発明の一実施形態に従う、検出領域９０４を取り囲むレンズ３０８～３１１のフレームを示す。レンズアレイ３０８内の各レンズが、エミッタ１００～１０７のそれぞれ１つからのビームを検出領域９０４を横切るように差し向ける。レンズアレイ３１０内の各レンズが、入射光を検出器２００～２０８のそれぞれ１つに指し向ける。検出器２００～２０８の数は、エミッタ及び検出器がシフトされた状態で整列されているので、反対側のエミッタ１００～１０７の数よりも多い。これは、７個のフルレンズと当該アレイ３１０の両端における２個のハーフレンズとを特徴として有するレンズアレイ３１０から明らかである。レンズアレイ３０８は、８個のフルレンズを特徴として有する。レンズアレイ３０９の各レンズが、エミッタ１０８～１２１のそれぞれ１つからの光ビームを検出領域９０４を横切るように差し向ける。レンズアレイ３１１内の各レンズまたは両端のハーフレンズが、入射光を検出器２０９～２２３のそれぞれ１つに指し向ける。検出器２０９～２２３の数は、エミッタ及び検出器がシフトされた状態で整列されているので、対向するエミッタ１０８～１２１の数よりも多い。これは、１３個のフルレンズと当該アレイ３１１の両端における２個のハーフレンズとを特徴として有するレンズアレイ３１１から明らかである。レンズアレイ３０９は、１４個のフルレンズを特徴として有する。図５及び図６を参照して前述されたように、各エミッタからの光は、複数の別個の整形ビームに分割され、各ビームは、検出領域９０４の反対側の縁部に沿った２つの隣接する検出器に到達する。エミッタと検出器との対が、１つのエミッタから反対側の１つの検出器に到達する光ビームの一部を参照する。以下の図は、これらの部分を示し、本発明の幾つかの実施形態に従って検出情報を提供する様々なエミッタ－検出器の対を示す。
【0064】
図１４乃至図１６が参照される。図１４乃至図１６は、本発明の一実施形態に従う、光学式タッチスクリーン内の部分的に重複する中央光ビームの概略図である。図１４は、ビーム部分の第１セット５００～５１３、すなわち、各エミッタからの中央ビームの左側部分、を示す。これらのビーム部分は、エミッタ－検出器による検出チャネルの第１セットを提供する。
【0065】
図１５は、ビーム部分の第２セット５１４～５２７、すなわち、各エミッタからの中央ビームの右側部分、を示す。これらのビーム部分は、エミッタ－検出器による検出チャネルの第２セットを提供する。
【0066】
図１６は、図１４及び図１５に示されるビーム部分５００～５２７による検出領域９０４のカバー範囲（適用範囲）を示す。図１６は、検出領域９０４の外側縁部の２つの狭い三角形部分（三角形セクション）を除いて、検出領域９０４の大部分が２つのビーム部分すなわち２つの検出チャネルによってカバーされることを示している。狭い三角形部分は、１つの検出チャネルによってのみカバーされる。同様のカバー範囲マップが、エミッタ１００～１０７から検出器２００～２０８に移行する水平ビームにも存在する。
【0067】
図１７乃至図１９が参照される。図１７乃至図１９は、本発明の一実施形態に従う、光学式タッチスクリーン内の部分的に重複する左寄り光ビームの概略図である。図１７は、ビーム部分の第３セット５２８～５３９、すなわち、各エミッタからの左寄りビームの左側部分、を示す。これらのビーム部分は、エミッタ－検出器による検出チャネルの第３セットを提供する。
【0068】
図１８は、ビーム部分の第４セット５４０～５５１、すなわち、各エミッタからの左寄りビームの右側部分、を示す。これらのビーム部分は、エミッタ－検出器による検出チャネルの第４セットを提供する。
【0069】
図１９は、図１７及び図１８に示される左寄りビームすなわちビーム部分５２８～５５１による検出領域９０４の追加のカバー範囲（適用範囲）を示す。図１９は、左寄りビーム５２８の外側左縁部に沿った第１の狭い三角形部分（三角形セクション）と左寄りビーム５５１の外側右縁部に沿ったより広い三角形部分（三角形セクション）とを除いて、検出領域９０４の大部分が２つのビーム部分すなわち２つの検出チャネルによってカバーされることを示している。それらの三角形部分は、１つの検出チャネルによってのみカバーされる。図１９は、これらの左寄りビームによってカバーされない検出領域９０４の外縁部の２つの三角形部分（三角形セクション）をも示している。同様のカバー範囲マップが、エミッタ１００～１０７から検出器２００～２０８に移行する水平ビームにも存在する。図１９は、例示された検出チャネル５２８～５５１を提供する際にアクティブである一連のエミッタ９２１及び一連の検出器９２０を示している。
【0070】
図２０乃至図２２が参照される。図２０乃至図２２は、本発明の一実施形態に従う、光学式タッチスクリーン内の部分的に重複する右寄り光ビームの概略図である。図２０は、ビーム部分の第５セット５６３～５７４、すなわち、各エミッタからの右寄りビームの左側部分、を示す。これらのビーム部分は、エミッタ－検出器による検出チャネルの第５セットを提供する。
【0071】
図２１は、ビーム部分の第６セット５７５～５８６、すなわち、各エミッタからの右寄りビームの右側部分、を示す。これらのビーム部分は、エミッタ－検出器による検出チャネルの第６セットを提供する。
【0072】
図２２は、図２０及び図２１に示される右寄りビームすなわちビーム部分５６３～５８６による検出領域９０４の追加のカバー範囲（適用範囲）を示す。図２２は、右寄りビーム５８６の外側右縁部に沿った第１の狭い三角形部分（三角形セクション）と右寄りビーム５６３の外側左縁部に沿ったより広い三角形部分（三角形セクション）とを除いて、検出領域９０４の大部分が２つのビーム部分すなわち２つの検出チャネルによってカバーされることを示している。それらの三角形部分は、１つの検出チャネルによってのみカバーされる。図２２は、これらの右寄りビームによってカバーされない検出領域９０４の外縁部の２つの三角形部分（三角形セクション）をも示している。同様のカバー範囲マップが、エミッタ１００～１０７から検出器２００～２０８に移行する水平ビームにも存在する。図２２は、例示された検出チャネル５６３～５８６を提供する際にアクティブである一連のエミッタ９２３及び一連の検出器９２２を示している。
【0073】
図２３及び図２４が参照される。図２３及び図２４は、本発明の一実施形態に従う、図１４乃至図２２のビームを特徴とするタッチスクリーンの様々な部分において、タッチ検出のために提供される重複する光ビームの数を示す概略図である。図２３は、図１４乃至図２２を参照して前述された６セットの検出チャネルの全てが組み合わされる時の検出領域９０４のカバー範囲を示す。検出領域９０４の中央部分は、検出ビームの６セット全てからの複数の検出信号、すなわち中央ビーム、左寄りビーム及び右寄りビーム、によってカバーされる。もっとも、図２３は、３セットまたは４セットのみの検出信号によってカバーされる検出領域９０４の縁部の近くの領域、及び、１セットまたは２セットのみの検出信号によってカバーされる領域、をも示している。
【0074】
図２４は、図２３に示される実施形態において、検出領域９０４の様々な部分をカバーする検出チャネルの数を示している。検出チャネルの数は、１～６の間で変化する。同様の検出チャネルのマップが、エミッタ１００～１０７から検出器２００～２０８までの水平ビームに適用される。
【0075】
図２５乃至図２７が参照される。図２５乃至図２７は、本発明の一実施形態に従う、光学式タッチスクリーン内の部分的に重複する更なる左寄り光ビームの概略図である。図２５は、各エミッタと、当該エミッタの反対側から４．５レンズピッチだけオフセットされたそれぞれ１つの検出器と、の間の検出チャネルを示す。図２６は、各エミッタと、当該エミッタの反対側から３．５レンズピッチだけオフセットされたそれぞれ１つの検出器と、の間の検出チャネルを示す。図２７は、これら２つの検出チャネルによってカバーされる組み合わせ領域を示す。図２７は、例示された検出チャネル６００～６１９を提供する際にアクティブである一連のエミッタ９２５及び一連の検出器９２４を示す。
【0076】
図２８及び図２９が参照される。図２８及び図２９は、本発明の一実施形態に従う、光学式タッチスクリーン内の部分的に重複する更なる右寄り光ビームの概略図である。図２８は、各エミッタと、当該エミッタの反対側から－３．５レンズピッチだけオフセットされたそれぞれ１つの検出器と、の間の検出チャネルを示す。図２９は、各エミッタと、当該エミッタの反対側から－４．５レンズピッチだけオフセットされたそれぞれ１つの検出器と、の間の検出チャネルを示す。
【0077】
図３０及び図３１が参照される。図３０及び図３１は、本発明の一実施形態に従う、図４、図１４、図１５、図２５乃至図２９のビームを特徴とするタッチスクリーンの様々な部分において、タッチ検出のために提供される重複する光ビームの数を示す概略図である。図３０及び図３１は、図４、図１４、図１５、図２５乃至図２９に示されるビームを利用する検出領域の様々な部分をカバーするチャネルの数を示す。図３０及び図３１は、検出領域の外側部分が、検出領域の中央部分よりも少ない検出チャネルを有することを示している。図３０及び図３１は、例示された検出チャネル６００～６１９を提供する際にアクティブである一連のエミッタ９２５、９２７及び一連の検出器９２４、９２６を示す。
【0078】
図３２及び図３３が参照される。図３２及び図３３は、本発明の一実施形態に従う、スクリーンを交差する外側ビーム及び内側ビームのために異なる光学系を有する光学式タッチスクリーンを示す概略図である。図３２は、図５のビーム４８４、４８６と同様のビームによって検出領域の外縁に沿って提供される検出チャネルを示す。これらのビームを図３０及び図３１に示されたシステムに追加すると、検出領域の外縁に関連する部分に追加の検出チャネルが提供される。
【0079】
図３３Ａ及び図３３Ｂは、図３２に示される追加のビーム及びチャネルが検出領域の縁部に沿って提供される時の、図３０及び図３１のシステムの検出チャネルのカバー範囲の２つの図である。図３３Ａは、色分けされており、図３３Ｂは、テキスト（文字）と矢印とを使用しており、タッチスクリーンの各部分（各セクション）の検出チャネルの数を示している。図３３Ａ及び図３３Ｂは、検出領域の一部が最大９個の検出チャネルを有することを示している。レンズ及びエミッタ－検出器の起動シーケンスを変更することにより、更に大きなエミッタ－検出器のオフセットを有する追加のビームが当該光学センサに追加され得る。そのようなシステムもまた、本発明の範囲内である。
【0080】
前述されたように、各エミッタからの光を追加のビームに分割することは、精度を向上させ、ゴーストタッチのより良好な区別を可能にする。図３４が参照される。図３４は、本発明の一実施形態に従う、そのレンズが各エミッタビームを３つではなく２つの発散ビームに分割するように構成されているタッチスクリーンの様々な部分において、タッチ検出のために提供される重複する光ビームの数を示す概略図である。図３４は、各エミッタからの光が４つのビーム、すなわち、図６の２つのビーム４８４、４８５とビーム４８４の左側の１つのビームとビーム４８５の右側の１つのビームとに分割される時の、タッチスクリーンの各部分をカバーするビームの数すなわち検出チャネルの数を示している。
【0081】
タッチスクリーンの縁部は、当該スクリーンの中央よりもビームまたは検出チャネルが少ない。更に、スクリーンの縁部に沿って使用され得るチャネルが少ないことにより、コーナー部の近くのエミッタからの光は、より少ない部分がタッチ検出に使用される。従って、本発明の特定の実施形態では、スクリーンの縁部に沿ってスクリーンを横切る光チャネルがより広く整形され、これにより、スクリーンの中央のチャネルよりも多くの信号強度を含む。これは、スクリーンのコーナー部の近くのレンズが他のレンズよりも長く、光チャネルが他の光チャネルよりもコーナー部の近くの縁部のより大きな部分（セグメント）を横切って広がっていることを要求する。タッチ位置の計算に関しては、各ビームにその中心線に基づいて座標が割り当てられ、信号が遮断された量に応じて、これらの座標の全ての加重合計が計算される。従って、縁部のビームにも座標が割り当てられ、他のビームと同様に加重平均に加算される。スクリーンの縁部の近くでのより大きなレンズとより広いビームとの結果として、スクリーンの縁部の近くのビームの中心線とその隣接するビームとの間の距離が、他の隣接するビームの中心線の間の距離よりも大きくなる。
【0082】
前述の明細書において、本発明は、その特定の例示的な実施形態を参照して説明された。もっとも、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対して様々な修正及び変更がなされ得ることが明らかであろう。従って、本明細書及び図面は、限定的な意味ではなく、例示的な意味であると見なされるべきである。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24】
【図25】
【図26】
【図27】
【図28】
【図29】
【図30】
【図31】
【図32】
【図33A】
【図33B】
【図34】
