特表 2024-501950 光学式タッチスクリーン

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2024-01-17

(54)【発明の名称】光学式タッチスクリーン

(51)【国際特許分類】

   G06F 3/042 20060101AFI20240110BHJP

   G06F 3/041 20060101ALI20240110BHJP

   H01H 35/00 20060101ALI20240110BHJP

【ＦＩ】

G06F3/042 471

G06F3/041 400

H01H35/00 X

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2023538918

(86)(22)【出願日】2021-12-22

(85)【翻訳文提出日】2023-08-18

(86)【国際出願番号】 GB2021053404

(87)【国際公開番号】W WO2022136868

(87)【国際公開日】2022-06-30

(31)【優先権主張番号】2020523.3

(32)【優先日】2020-12-23

(33)【優先権主張国・地域又は機関】GB

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】519258138

【氏名又は名称】ユニフィ リミテッド

(74)【代理人】

【識別番号】100087398

【弁理士】

【氏名又は名称】水野 勝文

(74)【代理人】

【識別番号】100128783

【弁理士】

【氏名又は名称】井出 真

(74)【代理人】

【識別番号】100128473

【弁理士】

【氏名又は名称】須澤 洋

(74)【代理人】

【識別番号】100160886

【弁理士】

【氏名又は名称】久松 洋輔

(72)【発明者】

【氏名】ローマス，デヴィッド

(72)【発明者】

【氏名】ビーン，マイケル デヴィッド

(72)【発明者】

【氏名】マカリスター，イアン

(72)【発明者】

【氏名】ニコラス，ジム エドワード

【テーマコード（参考）】

5G055

【Ｆターム（参考）】

5G055AA04

5G055AB04

(57)【要約】

タッチ感知装置であって、複数のタッチ検出領域を備え、それに関連付けられた１つまたは複数の光源を有する、上部プレートを備え、前記１つまたは複数の光源からの光が全内部反射で前記上部プレート内を伝導し、前記１つまたは複数の光源からの光を検出するための複数の検出器を備え、前記検出器はそれぞれ、タッチ検出領域に関連付けられており、外部物体がタッチ検出領域における前記上部プレートの第１の表面に触れた場合に、前記上部プレートの第２の表面から関連する前記検出器に光が結合するように、前記上部プレート及び前記検出器が配置され、前記上部プレートの任意の前記タッチ検出領域におけるタッチの有無を少なくとも判定するための処理手段をさらに備える、タッチ感知装置。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

タッチ感知装置であって、
複数のタッチ検出領域を備え、それに関連付けられた１つまたは複数の光源を有する、上部プレートを備え、
前記１つまたは複数の光源からの光が全内部反射で前記上部プレート内を伝導し、
前記１つまたは複数の光源からの光を検出するための複数の検出器を備え、
前記検出器はそれぞれ、タッチ検出領域に関連付けられており、
外部物体がタッチ検出領域における前記上部プレートの第１の表面に触れた場合に、前記上部プレートの第２の表面から関連する前記検出器に光が結合するように、前記上部プレート及び前記検出器が配置され、
前記上部プレートの任意の前記タッチ検出領域におけるタッチの有無を少なくとも判定するための処理手段をさらに備える、
タッチ感知装置。

【請求項2】

前記検出器は、
前記上部プレートの下方に配置され、
前記上部プレートの前記第１の表面へのタッチにより前記上部プレートの前記第２の表面から結合される光を検出するように構成される、
請求項１に記載のタッチ感知装置。

【請求項3】

前記検出器のそれぞれの感知領域が、前記上部プレートの前記第２の表面に概ね向けられている、請求項１または２に記載のタッチ感知装置。

【請求項4】

前記検出器はそれぞれ、近接焦点型ＰＩＮダイオードである、請求項３に記載のタッチ感知装置。

【請求項5】

各光源は赤外線光源であり、各検出器は赤外線検出器である、請求項１乃至４のうちいずれか１つに記載のタッチ感知装置。

【請求項6】

各センサと前記上部プレートとの間にセンサ窓が配置され、前記センサ窓は、赤外光に対して実質的に半透明であるが、赤外光に対して実質的に不透明である、請求項５に記載のタッチ感知装置。

【請求項7】

タッチ検出領域に関連付けられた少なくとも１つのディスプレイ要素を備える、請求項１乃至６のうちいずれか１つに記載のタッチ感知装置。

【請求項8】

前記少なくとも１つのディスプレイ要素は、前記上部プレートの下方に配置される、請求項７に記載のタッチ感知装置。

【請求項9】

前記少なくとも１つのディスプレイ要素は、関連するタッチ検出領域の下方に配置され、前記ディスプレイ要素の起動により、関連するタッチ検出領域に情報が表示される、請求項６に記載のタッチ感知装置。

【請求項10】

前記少なくとも１つのディスプレイ要素は、前記ディスプレイ要素の起動によって、前記上部プレートのディスプレイ領域に情報が表示されるように配置され、
前記ディスプレイ領域は、前記ディスプレイ要素の関連する前記タッチ検出領域に隣接する、請求項７乃至９のうちいずれか１つに記載のタッチ感知装置。

【請求項11】

前記上部プレートから隆起した１つ以上の突出領域を備える、請求項１乃至１０のうちいずれか１つに記載のタッチ感知装置。

【請求項12】

前記突出領域の少なくとも１つは、中央領域と、前記中央領域と前記上部プレートの平面領域との間の周縁領域と、を有する、請求項１１に記載のタッチ感知装置。

【請求項13】

前記中央領域および前記周縁領域は、それぞれ、複数のタッチ検出領域を画定する、請求項１２に記載のタッチ感知装置。

【請求項14】

前記処理手段は、前記周縁領域の前記タッチ検出領域にダイヤルの機能を付与する、請求項１３に記載のタッチ感知装置。

【請求項15】

前記上部プレートは平面ではない、請求項１乃至１４のうちいずれか１つに記載のタッチ感知装置。

【請求項16】

前記検出器および前記ディスプレイ要素は、第１のハウジングユニット内に共に収容される、請求項７から１５のうちいずれか１つに記載のタッチ感知装置。

【請求項17】

前記光源は、第２のハウジングユニット内に共に収容される、請求項１乃至１６のうちいずれか１つに記載のタッチ感知装置。

【請求項18】

前記第２のハウジングユニットは、前記光源が前記上部プレートの端に光を放射するように位置決めされる、請求項１６または１７に記載のタッチ感知装置。

【請求項19】

前記処理手段は、
第１の検出器によって検出された光の強度と、第２の検出器によって検出された光の強度と、の差を判定し、
この差に基づいて、前記第１の検出器に関連付けられた第１のタッチ検出領域と、前記第２の検出器に関連付けられた第２のタッチ検出領域と、のうちいずれでタッチが発生したかを判定する、
請求項１乃至１８のうちいずれか１つに記載のタッチ感知装置。

【請求項20】

前記処理手段は、複数のタッチ検出領域におけるタッチを同時に検出するように適合されている、請求項１乃至１９のうちいずれか１つに記載のタッチ感知装置。

【請求項21】

請求項１乃至２０のうちいずれか１つに記載のタッチ感知装置であって、
前記タッチ感知装置は、さらなるタッチ感知領域をさらに備え、
前記さらなるタッチ感知領域は、
複数の前記タッチ感知領域とは別個の、前記上部プレートの一部を含み、
前記１つまたは複数の光源は、全内部反射によって、前記上部プレートの前記一部の内部で光を伝導し、
光学分散性ベースプレートを備え、
前記光学分散性ベースプレートは、外部物体がタッチポイントで前記上部プレートの前記一部に接触することに応答して、前記上部プレートの前記一部からの光を前記ベースプレート上及び前記ベースプレート内へ伝導させるように構成され、その結果、前記ベースプレートの表面上の入射光の位置が、前記上部プレートの前記一部における前記タッチポイントの相対位置を表し、
前記ベースプレートは、その上に入射する光を前記ベースプレート内部で捕捉および伝導し、拡散およびエネルギー損失によって伝導光を分散させるように構成され、
前記ベースプレートの光学分散特性は、前記ベースプレート表面上の入射光の前記位置からの距離に応じた、前記伝導光の強度の減少が、指数関数に近似するものであり、
前記構成は、前記ベースプレートのそれぞれの端で前記ベースプレートから伝導される光の強度を検出するための少なくとも１つのセンサをさらに備え、
前記処理手段は、検出された前記光強度及び前記指数関数から、前記スクリーン上の前記タッチポイントの相対位置を計算するように、適合されている、
タッチ感知装置。

【請求項22】

タッチ感知装置を動作させる方法であって、
前記タッチ感知装置は、
複数のタッチ検出領域を備え、それに関連付けられた１つまたは複数の光源を有する、上部プレートを備え、
前記１つまたは複数の光源からの光が全内部反射で前記上部プレート内を伝導し、
前記１つまたは複数の光源からの光を検出するための複数の検出器を備え、
前記検出器はそれぞれ、タッチ検出領域に関連付けられており、
前記上部プレートの任意の前記タッチ検出領域におけるタッチの有無を少なくとも判定するための処理手段をさらに備え、
前記タッチ感知装置のタッチ検出領域のうちいずれでタッチが検出されたかを判定するステップと、
タッチが検出された前記タッチ検出領域に対応する制御動作を判定し、前記制御動作を実行するステップと、
を備える、方法。

【請求項23】

複数のタッチ検出領域でタッチが検出され、そのすべてのタッチに対応して制御動作が実行される、請求項２２に記載の方法。

【請求項24】

少なくとも１つの制御動作は、タッチが同時に検出される複数のタッチ検出領域に関連する、請求項２３に記載の方法。

【請求項25】

前記タッチ感知装置は、別の装置に対するインターフェースに含まれており、前記制御動作はその装置の制御に関連する、請求項２２乃至２５のうちいずれか１つに記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、光学式タッチスクリーン技術に関し、特に、デバイス制御用のタッチスクリーンの構造及び操作に関する。

【背景技術】

【0002】

デバイス制御用のタッチ感知スクリーンは、特に携帯用電子デバイスにおいて、ますます普及している。従来のタッチスクリーン構成は、ＬＣＤディスプレイ表面と、ＬＣＤディスプレイ表面上に配置される抵抗膜式または静電容量式のオーバーレイとを備え得る。抵抗膜式タッチスクリーンでは、オーバーレイを介してＬＣＤディスプレイ表面に圧力が加わると、その相対位置を表す電子信号がコントローラＩＣによって生成されるが、このような信号は、ホストコンピューティングデバイス内のデバイスドライバなどによって、タッチベースの入力（キーの押下やスクロール操作など）として解釈される。同様に、静電容量式タッチスクリーンでは、タッチ操作の判定に、オーバーレイ内で生成される電界の乱れが利用される。

【0003】

抵抗膜式タッチスクリーンは、低コスト、低消費電力、スタイラスサポートの観点から、多くの用途で特に好まれている。一般的に、抵抗膜式タッチスクリーンは、薄い空間で分離された導電層と抵抗層とを備える。指やスタイラスなどのポインタがスクリーンに触れると、層同士が接触し、これにより効果的にスイッチが閉じ、電流が流れる。コントローラは、層間の電流を判定することで、タッチポイントの位置を導き出す。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

一方、抵抗膜式タッチスクリーンには多くの欠点がある。オーバーレイの存在により、スクリーンが完全に透明ではないため、通常、直射日光の下ではスクリーンを判読できない。また、このようなスクリーンでは感圧層が劣化しやすいため、定期的な再校正も必要となる。さらに、検出には十分な圧力をかける必要があるため、ポインタによって加えられる圧力が不十分な場合、ポインタが検出されない。加えて、抵抗膜式タッチスクリーンは、２つ以上のポインタが同時にスクリーンに触れていること（「マルチタッチ」として知られている）を認識できない。

【0005】

静電容量式タッチスクリーンは、一般的にコストが高くなるが、抵抗膜式タッチスクリーンに関連する問題の一部を解決する。このようなシステムは、埋め込まれた導体のアレイ上で、タッチによる静電容量の変化を検出することで機能する。この検出は、これらの導体の静電容量の差動変化（自己静電容量）、または、これらの導体のペア（またはセット）での静電容量の差動変化（相互静電容量）に基づいて行われる。静電容量式タッチスクリーンの欠点には、誤作動、電磁干渉、工具コストが比較的高いことなどが挙げられる。

【0006】

抵抗膜式と静電容量式の両技術における最も重大な欠点の１つは、大きなダイナミック レンジを有するタッチの圧力強度を、本質的に判定できないことである。これは、偶発的な軽いタッチと、しっかりした意図されたタッチと、を区別するのが容易ではなく、追加の制御入力としてタッチ圧力を利用することが本質的に実現できないことを意味する。

【0007】

他のタイプのタッチスクリーン技術も開発されている。例えば、本出願人は、国際公開第２０１５／１５５５０８号に記載されている、フラストレート全内部反射に基づく代替技術を考案した。これにより、従来のタッチスクリーンが抱える多くの問題が解決される。

【0008】

しかしながら、タッチスクリーンは依然として、一般に、前面のユーザーインターフェース表面が平たいガラスシートによって形成された、従来のデバイスディスプレイに限定して使用されている。タッチスクリーン技術の用途を拡大し、このフォームファクタが不便または不適切である状況でも、効果的かつ確実に使用できるようにすることが望ましい。

【0009】

本発明は、このような背景に基づいて考え出されたものである。

【課題を解決するための手段】

【0010】

第１の態様では、本発明は、タッチ感知装置であって、複数のタッチ検出領域及びそれに関連付けられた１つまたは複数の光源を有する、上部プレートを備え、前記１つまたは複数の光源からの光が全内部反射で前記上部プレート内を伝導し、前記１つまたは複数の光源からの光を検出するための複数の検出器を備え、前記検出器はそれぞれ、タッチ検出領域に関連付けられている。外部物体がタッチ検出領域における前記上部プレートの第１の表面に触れた場合に、前記上部プレートの第２の表面から関連する前記検出器に光が結合するように、前記上部プレート及び前記検出器が配置される。タッチ感知装置はさらに、前記上部プレートの任意の前記タッチ検出領域におけるタッチの有無を少なくとも判定するための処理手段をさらに備える。

【0011】

前記検出器は、前記上部プレートの下方に配置され、前記上部プレートの前記第１の表面へのタッチにより前記上部プレートの前記第２の表面から結合される光を検出するように構成される。

【0012】

前記検出器のそれぞれの感知領域が、前記上部プレートの前記第２の表面に概ね向けられている。前記検出器はそれぞれ、近接焦点型ＰＩＮダイオードである。

【0013】

各光源は赤外線光源であり、各検出器は赤外線検出器である。

【0014】

センサ窓が、各センサと前記上部プレートとの間に配置される。前記センサ窓は、赤外光に対して実質的に半透明であるが、赤外光に対して実質的に不透明である。

【0015】

タッチ感知装置は、タッチ検出領域に関連付けられた少なくとも１つのディスプレイ要素を備える。少なくとも１つのディスプレイ要素は、前記上部プレートの下方に配置される。少なくとも１つのディスプレイ要素は、関連するタッチ検出領域の下方に配置され、前記ディスプレイ要素の起動により、関連するタッチ検出領域に情報が表示される。少なくとも１つのディスプレイ要素は、前記ディスプレイ要素の起動によって、前記上部プレートのディスプレイ領域に情報が表示されるように配置され、前記ディスプレイ領域は、前記ディスプレイ要素の関連する前記タッチ検出領域に隣接する。

【0016】

前記上部プレートから隆起した１つ以上の突出領域を備える。前記突出領域の少なくとも１つは、中央領域と、前記中央領域と前記上部プレートの平面領域との間の周縁領域と、を有する。前記中央領域および前記周縁領域は、それぞれ、複数のタッチ検出領域を画定する。

【0017】

前記処理手段は、前記周縁領域の前記タッチ検出領域にダイヤルの機能を付与する。

【0018】

前記上部プレートは平面ではない（すなわち、非平面である）。

【0019】

前記検出器および前記ディスプレイ要素は、第１のハウジングユニット内に共に収容される。前記光源は、第２のハウジングユニット内に共に収容される。前記第２のハウジングユニットは、前記光源が前記上部プレートの端に光を放射するように位置決めされる。

【0020】

前記処理手段は、第１の検出器によって検出された光の強度と、第２の検出器によって検出された光の強度と、の差を判定し、この差に基づいて、前記第１の検出器に関連付けられた第１のタッチ検出領域と、前記第２の検出器に関連付けられた第２のタッチ検出領域と、のうちいずれでタッチが発生したかを判定する。

【0021】

前記処理手段は、複数のタッチ検出領域におけるタッチを同時に検出するように適合されている。

【0022】

前記タッチ感知装置は、さらなるタッチ感知領域をさらに備え、前記さらなるタッチ感知領域は、複数の前記タッチ感知領域とは別個の、前記上部プレートの一部を含み、前記１つまたは複数の光源は、全内部反射によって、前記上部プレートの前記一部の内部で光を伝導し、光学分散性ベースプレートを備え、前記光学分散性ベースプレートは、外部物体がタッチポイントで前記上部プレートの前記一部に接触することに応答して、前記上部プレートの前記一部からの光を前記ベースプレート上及び前記ベースプレート内へ伝導させるように構成され、その結果、前記ベースプレートの表面上の入射光の位置が、前記上部プレートの前記一部における前記タッチポイントの相対位置を表し、前記ベースプレートは、その上に入射する光を前記ベースプレート内部で捕捉および伝導し、拡散およびエネルギー損失によって伝導光を分散させるように構成され、前記ベースプレートの光学分散特性は、前記ベースプレート表面上の入射光の前記位置からの距離に応じた、前記伝導光の強度の減少が、指数関数に近似するものであり、前記構成は、前記ベースプレートのそれぞれの端で前記ベースプレートから伝導される光の強度を検出するための少なくとも１つのセンサをさらに備え、前記処理手段は、検出された前記光強度及び前記指数関数から、前記スクリーン上の前記タッチポイントの相対位置を計算するように、適合されている。

【0023】

他の態様では、本発明は、タッチ感知装置を動作させる方法であって、前記タッチ感知装置は、複数のタッチ検出領域を備え、それに関連付けられた１つまたは複数の光源を有する上部プレートを備え、前記１つまたは複数の光源からの光が全内部反射で前記上部プレート内を伝導し、前記１つまたは複数の光源からの光を検出するための複数の検出器を備え、前記検出器はそれぞれ、タッチ検出領域に関連付けられており、前記上部プレートの任意の前記タッチ検出領域におけるタッチの有無を少なくとも判定するための処理手段をさらに備える。前記方法は、前記タッチ感知装置のタッチ検出領域のうちいずれでタッチが検出されたかを判定するステップと、タッチが検出された前記タッチ検出領域に対応する制御動作を判定し、前記制御動作を実行するステップと、を備える。

【0024】

複数のタッチ検出領域でタッチが検出され、そのすべてのタッチに対応して制御動作が実行される。

【0025】

少なくとも１つの制御動作は、タッチが同時に検出される複数のタッチ検出領域に関連する。

【0026】

前記タッチ感知装置は、別の装置に対するインターフェースに含まれており、前記制御動作はその装置の制御に関連する。

【図面の簡単な説明】

【0027】

本発明をより容易に理解できるように、本発明の好ましい非限定的な実施形態を、添付の図面を参照しながら、単なる例として説明する。

【0028】

【図1】図１は、本発明の一実施形態におけるタッチスクリーン構成の分解図である。

【図2】図２は、図１に示すタッチスクリーン構成の斜視図である。

【図3】図３は、図１に示すタッチスクリーン構成の別の斜視図である。

【図4】図４は、図１のタッチスクリーン構成の一部の概略断面図である。

【図5】図５は、図１のタッチスクリーン構成における検出・ディスプレイユニットの斜視断面図を示す。

【図6】図６は、図１のタッチスクリーン構成における上部プレートの平面図であり、上部プレートのアクティブタッチ検出領域を示す。

【図7】図７は、図１のタッチスクリーン構成における上部プレートの平面図であり、上部プレートのディスプレイ領域を示す。

【図8】図８は、ユーザが、図１のタッチスクリーン構成における中央タッチ検出領域に触れた状態を示す図である。

【図9】図９は、ユーザが、図１のタッチスクリーン構成におけるタッチ検出領域に触れて、対応するディスプレイ領域の照明が付いた状態を示す図である。

【図10】図１０は、ユーザが、図１のタッチスクリーン構成における３つのタッチ検出領域に触れて、対応する３つのディスプレイ領域の照明が付いた状態を示す図である。

【図11】図１１は、静的タッチダイヤルとして使用される、図１のタッチスクリーン構成を示す図である。

【図12】図１２は、損失性下部プレートを利用したタッチ感知システムの概略断面図である。

【図13】図１３は、本発明の別の実施形態におけるタッチスクリーン構成の概略断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0029】

図面および以下の説明において、同様の特徴には同様の参照記号が割り当てられる。

【0030】

図１～図１１は、本発明の一実施形態におけるタッチスクリーン構成８を示す。

【0031】

特に図１を参照すると、タッチスクリーン構成８は、光学的に透明な上部プレート１０と、複数の光源１２と、複数の検出器またはセンサ１４と、を備える。図示された実施形態では、さらに、複数のディスプレイ要素も含まれる。図１では、これらのディスプレイ要素の一部を、ディスプレイライト１６の形で示している。

【0032】

上部プレート１０は、光学的に透明な任意の材料（例えばガラスやアクリル）から形成されてもよい。光源１２は、上部プレート１０の端に配置され、本例ではそれぞれ発光ダイオード（ＬＥＤ）を備えるが、他の光源も使用できることは当業者には明らかであろう。光源１２は、プリント回路基板（ＰＣＢ）１３に取り付けられ、使用時に上部プレート１０の端のほぼ全長に沿って延びるエミッタのラインを形成するように、ホルダ１５内に収容及び支持される。光源１２、ホルダ１５、ＰＣＢ１３及び関連する電子機器は、タッチスクリーン構成８のエミッタユニット１７を形成する。照射光の角度を付けたり、照射光の焦点を合わせたり、及び／または照射光を横方向に広げたりするために、必要に応じて、光源１２と上部プレート１０の端との間に１つ以上のレンズ（不図示）を設けてもよい。上記構成が明るい環境条件において効果的に機能するように、光源１２は、赤外線または可視の強度変調光源を含んでもよい。この場合、タッチ位置を正確に検出する能力は、スペクトル拡散ベースのアプローチまたは複数の変調周波数のいずれかを使用して、各光源１２または光源のグループを独自に変調することによって強化することができる。本例では複数の光源１２が設けられているが、当業者であれば、単一の光源のみを備える構成が可能であることを理解するであろう。また、他の実施形態において、光源１２が上部プレート１０の複数の端に沿って設けられ得ること、また、図１では光源１２が上部プレート１０の端に設けられているが、他の実施形態において、光は異なる位置から上部プレート１０内に注入されてもよいことを、当業者であれば理解するであろう。

【0033】

上部プレート１０の下方には、光学的に透明なプレートの屈折率よりも低い屈折率を有する中間層１８が存在する。本実施形態では、中間層１８は空気で構成されるが、中間層１８に使用される物質は、上部プレート１０に使用される材料よりも低い屈折率を有するという要件によってのみ制限される。

【0034】

タッチスクリーン構成８では、上部プレート１０は、上部プレート１０内（上部プレート１０における、第１の表面すなわち上表面２０と、第２の表面すなわち下表面２２と、の間）で光の全内部反射を引き起こすように、光源１２によって照明される。全内部反射とは、入射光波が、表面の法線に対して特定の臨界角より大きい角度で媒体境界に当たるときに発生する現象である。境界の反対側の屈折率が低く、入射角が臨界角より大きい場合、光は境界を通過できず、媒質内で完全に反射される。

【0035】

スタイラスや指などのポインタが上部プレート１０の上表面２０に触れると、上部プレート１０内の全内部反射が、フラストレート全内部反射（ＦＴＩＲ）によって遮断される。これにより、一部の光が上部プレート１０及び中間層１８を透過することになる。上部プレート１０が触れる位置によって、光が上部プレート１０の下表面２２から出る相対的な位置が決定されることが理解されるであろう。後でより詳細に説明するように、上部プレートのタッチ感知領域（タッチ検出領域）でタッチが発生した場合、上部プレート１０の下表面２２から出る光は、その下方に位置する少なくとも１つのセンサ１４に結合する。これにより、タッチスクリーン構成８は、タッチが発生したことを検出し、上部プレート１０のどのタッチ検出領域でタッチが発生したかを判定することができる。さらに、タッチした全体面積と、「実際の表面接触」の割合（例えば、タッチ中のユーザの指と上部プレート１０との間であり、滑らかな表面では表面接触の割合が高く、粗い表面では表面接触の割合が低い。本明細書では「実際の表面接触」のレベルと称す）と、によって、光源１２で発されて上部プレート１０から出た光の絶対量が決定される。したがって、タッチした全体面積と、「実際の表面接触」の割合と、は下方に設けられたセンサ１４によって捕捉される光の絶対量または強度に関係する。

【0036】

ユーザの指と上部プレート１０の表面との間の「実際の表面接触」の領域は、ユーザの指と上部プレート１０との間の距離が、全内部反射を妨げるほど十分に小さい領域である。事実、概して上部プレート１０と接触しているように見えるユーザの指が一部存在するが、実際には、その指部分は、例えば上部プレート１０全体にわたる表面粗さ及び／またはユーザの指全体にわたる表面粗さの違いにより、上部プレート１０の表面に十分に近づいていない。

【0037】

一般的に、ユーザの指と上部プレート１０との間の見かけ上のまたは名目上の接触面積が大きくなると、実際の表面接触の面積が大きくなる。さらに、一般的に、タッチの強度または圧力が大きいほど（つまり、より強く押すと）、実際の表面接触の面積が大きくなる。これは、より強く押すことで、指が広がる傾向があるためである。これにより、指と上部プレート１０との間の名目上の接触面積が増加するとともに、名目上の接触領域内の指の大部分が押されて、上部プレート１０と実際に接触することとなり、指と上部プレート１０との間の界面の「濡れ」が増加する。

【0038】

したがって、所与のタッチ位置に関してセンサ１４によって検出される絶対光強度は、ユーザの指と上部プレート１０との間の、実際の表面接触の面積を示し、それは今度は、タッチ強度または圧力、及び／または、タッチ検出領域内におけるタッチの名目範囲を示す。

【0039】

本例では、上部プレート１０は輪郭が付けられ、湾曲した輪郭を有する。具体的には、上部プレート１０は、中央領域を画定する頂面２４と、周縁領域を画定する側面２６と、を有する。頂面２４は、平面視においてほぼ円形であり、側面２６は、頂面２４の周縁２８から上部プレート１０の周囲部分３０まで、下方かつ径方向外側に延びており、この場合は平面領域である。上部プレート１０の形状はこの特定の形状に限定されず、他の実施形態では、任意の数の他の形状であってもよい。

【0040】

上部プレート１０は、複数のタッチ検出領域と、複数のディスプレイ領域と、を備える。図６は、上部プレート１０の上表面２０を、有利な地点から直接見下ろした平面図における、アクティブなタッチ検出領域を示す。図７は、同じ視点からのディスプレイ領域を示す。

【0041】

タッチ検出領域は、タッチスクリーン構成８によってタッチが検出され得る、上部プレート１０の上表面２０の領域を画定する。このようにして、上部プレート１０がマルチタッチ表面を画定し、タッチスクリーン構成８がマルチタッチに適応する。

【0042】

各タッチ検出領域は、そのほぼ下方に配置された関連するセンサ１４を有し、これによって、タッチスクリーン構成８がその領域内のタッチを検出できるようになる。この点については、後述する。

【0043】

本実施形態では、上部プレート１０の頂面２４および側面２６のそれぞれが、複数のタッチ検出領域を画定する。具体的には、頂面２４は、２つの中央タッチ検出領域、すなわち第１の中央タッチ検出領域３２と第２の中央タッチ検出領域３４を画定し、側面２６は、側面２６の周囲に等間隔で配置された３０個の外側タッチ検出領域３６を画定する（図６では、図の明瞭さを妨げないよう、外側タッチ検出領域３６のうち３つだけに符号を付している）。本実施形態では、第１及び第２の中央タッチ検出領域３２、３４はそれぞれ略半円形の形状であり、共同で、頂面２４を実質的に覆う略円形の領域を画定する。本実施形態では、各外側タッチ検出領域３６は略長方形である。

【0044】

他の実施形態では、上部プレート１０がより多くのまたはより少ないタッチ検出領域を含むことができ、及び／または、タッチ検出領域が異なる形状をとることができ、及び／または、タッチ検出領域が上部プレート１０の異なる領域を包含することができる。これにより、他の実施形態では、タッチスクリーン構成８の異なる領域または追加領域に、タッチ機能を付与することができる。

【0045】

いくつかの実施形態では、タッチ検出領域の一部またはすべては、上部プレート１０の上表面２０上または上表面２０内の適切な位置に設けられた浅い隆起または溝（不図示）によって、上部プレート１０の周囲の領域から、及び／または相互に、境界を定められてもよい。ただし、これらの特徴により、全内部反射によって上部プレートに含有される光の上方への著しい漏洩が引き起こされない場合に限る。このような特徴は、ユーザの指またはスタイラスの方向を決める際に役立ち、ユーザの指またはスタイラスをガイドするだけでなく、異なるタッチ検出領域の位置及び境界を視覚的に表示させることができる。

【0046】

ディスプレイ領域は、１つ以上のタッチ検出領域におけるタッチに対応して点灯し得る上部プレート１０の領域を画定する。そのため、各ディスプレイ領域は、ほぼその下方に配置された、関連するディスプレイライト１６を有する。この点については、後述する。

【0047】

本実施形態では、各ディスプレイ領域はタッチ検出領域に関連付けられ、タッチスクリーン構成８は、関連付けられたタッチ検出領域でタッチが検出されると、１つまたは複数の特定のディスプレイ領域が点灯するように構成される。特に図７を参照すると、ディスプレイ領域は、５つの第１の中央ディスプレイ領域３８及び５つの第２の中央ディスプレイ領域４０を含む１０個の中央ディスプレイ領域と、３０個の外側ディスプレイ領域４２と、を備える（図７では、図の明瞭さを妨げないよう、外側ディスプレイ領域４２のうち３つだけに符号を付している）。

【0048】

中央ディスプレイ領域３８、４０は、上部プレート１０の頂面２４上で、中央タッチ検出領域３２、３４内に設けられる。特に、第１の中央ディスプレイ領域３８は第１の中央タッチ検出領域３２内に設けられ、第２の中央ディスプレイ領域４０は第２の中央タッチ検出領域３４内に設けられる。第１及び第２の中央ディスプレイ領域３８、４０はそれぞれ、頂面２４の周縁２８に向かって配置される。

【0049】

後述するように、タッチスクリーン構成８は、第１の中央タッチ検出領域３２がタッチされることによって１つ以上の第１中央ディスプレイ領域３８が点灯するように構成される。同様に、第２の中央タッチ検出領域３４がタッチされることによって、１つ以上の第２の中央ディスプレイ領域４０が点灯する。

【0050】

外側ディスプレイ領域４２は、上部プレート１０の周囲部分３０において、外側検出領域３６よりも径方向外側に、上部プレート１０の側面２６を囲むように位置している。各外側ディスプレイ領域４２は、関連する外側検出領域３６に隣接して放射状に位置合わせされている。後で説明するように、本実施形態では、外側タッチ検出領域３６をタッチすることにより、それに関連する外側ディスプレイ領域４２が点灯するように、タッチスクリーン構成８が構成される。

【0051】

本実施形態では、各タッチ検出領域およびディスプレイ領域はそれぞれ、単一の検出器および単一のディスプレイライトのみに関連付けられているが、この点において、他の実施形態は本実施形態と相違し得ることに留意されたい。例えば、他の実施形態では、タッチ検出領域の一部またはすべてが、２つ以上の関連する検出器を有することができる。さらに、ディスプレイ領域の一部またはすべては、例えば言葉や記号の形式でより複雑な情報を表示できるように、２つ以上の関連するディスプレイライトまたはピクセルグリッドを備えることができる。図示の実施形態では、これは、例えば中央ディスプレイ領域３８、４０に実装され得る。

【0052】

次に、縁部領域、内側ディスプレイ領域と外側ディスプレイ領域の間、及び中央領域における配置について、より詳細に説明する。これらには、タッチスクリーン構成８のセンサ１４およびディスプレイライト１６が関与する。

【0053】

本実施形態では、各センサ１４は近接焦点ＰＩＮダイオードの形態の光検出器であるが、当業者は他のセンサも使用可能であることを理解するであろう。各センサ１４は、上部プレート１０のほぼ下方に位置するとともに、そのアクティブ感知領域４３が上部プレート１０の下表面２２に向けられて上部プレート１０の下表面２２に近接するように、配置される。これにより、本実施形態では、上部プレート１０とセンサ１４との間に、センサに一体化されたもの以外の追加の集束光学系が必要なくなる。このようにして、各センサ１４は、ユーザが、センサ１４の上にほぼ重なるように配置される、関連するタッチ検出領域内において、上部プレート１０にタッチした際に、上部プレート１０から透過される光を検出するように構成される。

【0054】

センサ１４は、第１の中央タッチ検出領域３２に関連付けられた第１の中央センサ４８と、第２の中央タッチ検出領域３４に関連付けられた第２の中央センサ５０と、それぞれが異なる外側タッチ検出領域３６に関連付けられた３０個の外側センサ５２と、を備える。他の実施形態では、より多くのまたはより少ない中央センサ及び／または外側センサを使用することができ、本発明はこの点において限定されないことに留意されたい。

【0055】

本例では、ディスプレイライト１６はそれぞれ、可視スペクトルで動作する発光ダイオード（ＬＥＤ）を備えるが、当業者であれば、代替光源が使用可能であることを理解するであろう。

【0056】

本実施形態では、ディスプレイライト１６は、５つの第１の中央ディスプレイＬＥＤ５４と、５つの第２の中央ディスプレイＬＥＤ５６と、３０個の外側ディスプレイＬＥＤ５８と、を備える。５つの第１の中央ディスプレイＬＥＤ５４は、それぞれが、第１の中央ディスプレイ領域３８及び第１の中央タッチ検出領域３２に関連付けられている。５つの第２の中央ディスプレイＬＥＤ５６は、それぞれが、第２の中央ディスプレイ領域４０及び第２の中央タッチ検出領域３４に関連付けられている。３０個の外側ディスプレイＬＥＤ５８は、それぞれが、異なる外側ディスプレイ領域４２及び異なる外側タッチ検出領域３６に関連付けられている。各ディスプレイライト１６は、その関連するタッチ検出領域内でのタッチに応じて、その関連するディスプレイ領域を点灯させるように、構成及び制御される。

【0057】

センサ１４およびディスプレイライト１６は、プリント回路基板（ＰＣＢ）６０上に取り付けられ、ボルトやネジによってＰＣＢ６０に取り付けられた内部ハウジング６２内に収容される。

【0058】

内部ハウジング６２は、３Ｄプリントされた構造であり、本実施形態においては、その構造の上表面６４の少なくとも一部が、その上方に配置される上部プレート１０の輪郭とほぼ一致して従うように形成されている。内部ハウジング６２は、中央領域を画定する頂面６６と、周縁領域を画定する側面６８と、を含む。タッチスクリーン構成８が組み立てられる際、上部プレート１０の頂面２４及び縁部領域２６は、内部ハウジング６２の頂面６６及び縁部領域６８とほぼ位置合わせされる。これにより、上部プレート１０の頂面２４は内部ハウジング６２の頂面６６に上方から重なり、上部プレート１０の縁部領域２６は内部ハウジング６２の縁部領域６８に上方から重なる。

【0059】

内部ハウジング６２は、使用時にセンサ１４を受け入れて収容する複数のセンサ開口部と、使用時にディスプレイライト１６を収容する複数のディスプレイ開口部と、を備える。

【0060】

センサ開口部は、第１の中央センサ４８を収容するための第１の中央センサ開口部７０と、第２の中央センサ５０を収容するための第２の中央センサ開口部７２と、外側センサ５２を収容するための３０個の外側センサ開口部７４と、を備える。

【0061】

中央センサ開口部７０、７２は、内部ハウジング６２の上表面６４と下表面７６との間に画定される、内部ハウジング６２の厚さ全体を通って延びる。各中央センサ開口部７０、７２は、内部ハウジング６２の下表面７６に位置する下端７８から、内部ハウジング６２の上表面６４に位置する上端８０まで、ほぼ上方に延びている。中央センサ開口部７０、７２の上端８０は、開口部７０、７２内に収容される中央センサのキャップまたはヘッド８２の寸法とほぼ一致する寸法を有する。これにより、中央センサ開口部７０、７２の上端８０は、ヘッド８２を比較的密接した状態で収容できる（図４に、最も良好に示されている）。タッチスクリーン構成８が組み立てられる際、上部プレート１０における第１の中央タッチ検出領域３２が、第１の中央センサ４８を収容する第１の中央センサ開口部７０の上方に重なり、上部プレート１０における第２の中央タッチ検出領域３４が、第２の中央センサ５０を収容する第２の中央センサ開口部７２の上方に重なるように、中央センサ開口部７０、７２が配置される。

【0062】

外側センサ開口部７４もそれぞれ、内部ハウジング６２の上表面６４と下表面７６との間に画定される、内部ハウジング６２の厚さ全体を通って延びる。各外側センサ開口部７４は、内部ハウジング６２の下表面７６に位置する下端８４から、内部ハウジング６２の上表面６４に位置する上端８６まで、延びている。各外側センサ開口部７４は、下端８４から上方に延びる下側セクション８８と、下側セクション８８から上端８６まで、上方且つ径方向外側に延びる上側セクション９０と、を含む。各外側センサ開口部７４の上端８６は、外側センサ５２のパッケージまたはヘッド８２の寸法とほぼ一致する寸法を有する。これにより、外側センサ開口部７４の上端８６は、ヘッド８２を比較的密接した状態で収容できる。使用に際してタッチスクリーン構成８が組み立てられる際、上部プレート１０における各外側タッチ検出領域３６が、内部ハウジング６２の外側センサ開口部７４及びこれに関連する外側センサ５２の上方にほぼ重なるように、外側センサ開口部７４が配置される。

【0063】

各センサ開口部７０、７２、７４の上端８０、８６には、略平面プレートの形態のセンサ窓９２が設けられている。センサ窓９２は、内部ハウジング構造によって、所定の位置で支持される。各センサ窓９２は、上部プレート１０と、センサ開口部７０、７２、７４に収容されたセンサと、の間に配置される。窓９２は、センサ開口部７０、７２、７４の上方に配置される。センサ窓９２の材料及び／またはコーティングは、上部プレート１０を照らす光源１２からの光を透過させ得るように、選択される。これにより、上部プレート１０の上表面２０をタッチすることによって上部プレート１０から出る光が、センサ４８、５０、５２に到達して検出される。例えば、考え得る一実施形態では、光源１２は赤外光を放射する。この場合、センサ窓９２は、対応する赤外波長において実質的に透明であってよい。これにより、タッチによって上部プレート１０から出た赤外光が、センサ４８、５０、５２に到達できる。この場合において、組み立てられたタッチスクリーン構成８において窓９２の下方のセンサ４８、５０、５２が見えなくなるよう、センサ窓９２を可視光に対して光学的に暗くするために、センサ窓９２が可視光に対して低い透過率を有することが、有利となり得る。これにより、タッチスクリーン構成８の美的魅力を向上させるだけでなく、センサ４８、５０、５２に到達する可視光の量を減少させて、センサひいてはシステムにおける誘導電気的ショットノイズを低減させる。

【0064】

ディスプレイ開口部は、それぞれが第１の中央ディスプレイＬＥＤ５４を収容する５つの第１の中央ディスプレイ開口部９４と、それぞれが第２の中央ディスプレイＬＥＤ５６を収容する５つの第２の中央ディスプレイ開口部９６と、それぞれが外側ディスプレイＬＥＤ５８を収容する３０個の外側ディスプレイ開口部９８と、を備える。

【0065】

各ディスプレイ開口部９４、９６、９８は、内部ハウジング６２の下表面７６に位置する下端１００から、内部ハウジング６２の上表面６４に位置する上端１０２まで、内部ハウジング６２の厚さ全体を通って延びている。各ディスプレイ開口部９４、９６、９８には、略平面プレートの形態のディスプレイ窓１０４が設けられる。ディスプレイ窓１０４は、ディスプレイ開口部９４、９６、９８の上端１０２において、内部ハウジング構造によって支持される。ディスプレイライト１６からの可視光がディスプレイ窓を透過できるように、ディスプレイ窓１０４の材料及び／またはコーティングが選択される。ディスプレイ窓１０４は、対応するディスプレイライト１６によるディスプレイ領域の照明の美しさを向上させる拡散特性を有利に有することができる。

【0066】

センサ１４、ディスプレイライト１６、内部ハウジング６２、センサ窓９２、ディスプレイ窓１０４、ＰＣＢ６０及び関連する電子機器は、タッチスクリーン構成８における検出・ディスプレイユニット６３を形成する。検出・ディスプレイユニット６３は、平面視において略円形の輪郭を画定する。

【0067】

本実施形態における、組み立てられたタッチスクリーン構成８では、上部プレート１０、エミッタユニット１７及び検出・ディスプレイユニット６３は、支持構造１０６によって支持される。

【0068】

支持構造１０６は、本体１０８と、ベース１１０と、第１及び第２のサイドカバー１１２ａ、１１２ｂと、を含む。

【0069】

本体１０８は、中央セクション１１４と、サイドセクション１１６と、を含む。中央セクション１１４は、上部プレート１０を支持するとともに、検出・ディスプレイユニット６３を支持して収容する。サイドセクション１１６は、エミッタユニット１７を支持して収容する。

【0070】

中央セクション１１４は、プレート支持ビーム１１８と、取り付け延長部１２０と、を備える。取り付け延長部１２０は、プレート支持ビーム１１８から下方に延在し、ベース１１０の取り付け手段１２２と係合するように配置される。サイドセクション１１６は、プレート支持ビーム１１８から外側に延びるエミッタ支持プラットフォーム１２３を備える。

【0071】

ベース１１０は、支持セクション１２４を有する。支持セクション１２４は、上表面１２６、下表面（図示せず）及び周面１３０を備える。支持セクション１２４は、平面視において、検出ユニット６３の平面視での形状及び大きさに略一致する略円形状を有する。取り付け手段１２２は、ベース１１０の支持セクション１２４の周面１３０から延在する。

【0072】

組み立てられたタッチスクリーン構成８では、上部プレート１０は、本体１０８のプレート支持ビーム１１８上に載置され、プレート支持ビーム１１８によって支持される。ベース１１０は、本体１０８の取り付け延長部１２０の開口１３２を通ってベース１１０の取り付け手段１２２の開口１３４内に延びる、ボルトまたはネジによって、本体１０８に取り付けられる。検出・ディスプレイユニット６３は、ベース１１０上に載置され、ベース１１０によって支持されており、これによって、上部プレート１０がこのユニット６３の上に重なる。具体的には、上部プレート１０のタッチ検出領域はユニット６３のセンサ１４の上に重なり、上部プレート１０のディスプレイ領域はユニット６３のディスプレイライト１６の上に重なる。

【0073】

サイドカバー１１２ａ、１１２ｂは、上部プレート１０に隣接する、中央セクションの両側に設けられ、本体１０８にボルトまたはネジで固定される。第１サイドカバー１１２ａは、エミッタユニット１７を覆い、エミッタユニット１７をユーザの視界から隠す。各サイドカバー１１２ａ、１１２ｂは、上部プレート１０の縁部領域にわずかに重なり、上部プレート１０を所定の位置に保持するためにボルトまたはネジによって本体１０８に固定される。したがって、本実施形態では、上部プレート１０は、共にボルト締めされたプラスチックフレームによって機械的に所定の位置に保持される。プラスチックフレームは、サイドカバー１１２ａ、１１２ｂおよび本体１０８の形態をとるが、必要に応じて、他の機械的な保持方策を使用することも可能である。

【0074】

図４に最もよく示されるように、マスキングストリップ１３６は、タッチスクリーン構成８においてタッチ感知機能またはディスプレイ機能がない領域を覆うために、上部プレート１０と検出・ディスプレイユニット６３との間に設けられる。マスキングストリップ１３６は、上部プレートと接触しても「濡れない」材料でできており、したがって、ＦＴＩＲによる上部プレートからの光損失は無視できるほどである。マスキングストリップは、電子機器やサポート構造の存在をユーザから隠す。本実施形態では、複数の別個のマスキングストリップ１３６が使用されているが、マスキングは、上部プレート１０と検出・ディスプレイユニット６３との間に位置する一体部品によって提供することもできる。この一体部品で提供されるマスキングストリップは、センサ開口部７０、７２、７４の位置及び内部ハウジング６２のディスプレイ開口部９４、９６、９８の位置に対応する開口部を含む。

【0075】

次に、図１から図１１のタッチスクリーン構成の動作について説明する。

【0076】

ユーザがタッチ検出領域内の上部プレート１０の上表面２０に触れると、光は上部プレート１０から下方に延びて、上部プレート１０の下方の１つまたは複数のセンサ１４上に結合される。上部プレート１０がタッチされる位置によって、上部プレート１０からの光が入射する、下方に存する１つまたは複数のセンサ１４が決定される。

【0077】

すでに議論したように、タッチ中における、ユーザの指またはスタイラスと上部プレート１０との間の実際の表面接触面積は、タッチ中に上部プレート１０から放出される光の絶対量を決定する。従って、タッチ中における、ユーザの指またはスタイラスと上部プレート１０との間の実際の表面接触面積は、タッチによって対応するセンサ１４で捕捉される光の強度に関係し、したがって、タッチによって対応するセンサ１４で検出される光強度の変化に関係する。実際の表面接触の面積は、ユーザの指またはスタイラスと上部プレート１０との間の名目上の接触面積と、タッチの圧力または強度と、に依存する。

【0078】

したがって、所与のタッチに対してセンサ１４によって検出される光強度の変化は、タッチ圧力及び／またはタッチの名目範囲を示す。タッチが、より激しく、より力強くなるほど、ユーザの指と上部プレート１０との間の実際の接触面が大きくなるため、タッチが軽い場合と比較して、下方に存するセンサ１４によって検出される光の強度の変化がより大きくなる。ユーザの指と上部プレート１０との間の名目上の接触面積が大きくなることによっても、下方に存するセンサ１４によって検出される光の強度の変化が大きくなる。これに対応して、軽くて力が弱いタッチは、力強いタッチと比較して、タッチ中における、ユーザの指または他のタッチデバイスと上部プレート１０との間の接触面積が小さくなるため、下方に存するセンサ１４によって検出される光の強度の変化が比較的小さくなる。また、例えば湿った指と乾いた指を使用する場合、所与のタッチ圧力／接触面積において、下方に存するセンサ１４によって検出される光の強度には大きな差がある。

【0079】

処理手段（不図示）は、各センサ１４によって検出された光の強度を表すデータを、センサ１４から受け取る。処理手段は、任意の時点で上部プレート１０から受け取る光の強度の変化をどのセンサ１４が検出するかに基づいて、上部プレート１０のどのタッチ検出領域がタッチされたかを判定することができる。処理手段はまた、センサ１４に入射する光の強度の変化に基づいて、タッチ検出領域におけるタッチの圧力／範囲を判定することもできる。

【0080】

次に、ディスプレイライト１６は、タッチの性質および位置に基づいて制御され得る。

【0081】

本実施形態では、第１の中央タッチ検出領域３２におけるタッチにより、１つ以上の第１の中央ディスプレイＬＥＤ５４が作動し、１つ以上の第１の中央ディスプレイ領域３８が照明される。本実施形態では、第２の中央タッチ検出領域３４におけるタッチにより、１つ以上の第２の中央ディスプレイＬＥＤ５６が作動し、１つ以上の第２の中央ディスプレイ領域４０が照明される。

【0082】

ユーザが第１または第２の中央タッチ検出領域３２、３４内の上部プレート１０に触れると、光が上部プレート１０から下方に結合される。第１または第２の中央タッチ検出領域３２、３４内のタッチの位置に応じて、上部プレート１０から下方へ結合された光は、第１の中央センサ４８及び／または第２の中央センサ５０に入射し得る。

【0083】

処理手段（不図示）は、各中央センサ４８、５０によって検出された光の強度を表すデータを、中央センサ４８、５０から受け取り、補間を使用して、第１の中央センサ４８の上方に直接存在する上部プレートの領域と、第２の中央センサ５０の上方に直接存在する上部プレートの領域と、のうちタッチが生じた位置が近いのはどちらであるか、を判定する。このようにして、処理手段は、タッチが発生したのが、第１の中央タッチ検出領域３２と、第２の中央タッチ検出領域３４と、のどちらであるかを判定することができる。したがって、中央ディスプレイＬＥＤ５４、５６は、タッチの位置および性質に基づいて制御され得る。

【0084】

図８を参照すると、第１の中央タッチ検出領域３２内の上部プレート１０にユーザがタッチすることで、３つの第１の中央ディスプレイＬＥＤ５４（そのうちの１つは図８では見えていない）が作動し、それらに対応する上方に存する第１の中央ディスプレイ領域３８が照明された様子が示されている。

【0085】

本実施形態では、第１の中央タッチ検出領域３２内の所与のタッチに対して起動される第１のディスプレイＬＥＤ５４の数及び起動されたＬＥＤ５４の輝度は、タッチによって生じる、中央センサ４８、５０で検出される光強度の変化に依存し、したがって、タッチの圧力及び範囲に依存する。同様に、第２の中央タッチ検出領域３４内の所与のタッチに対して起動される第２のディスプレイＬＥＤ５６の数及び起動されたＬＥＤ５６の輝度は、タッチによって生じる、中央センサ４８、５０で検出される光強度の変化に依存し、したがって、タッチの圧力及び範囲に依存する。

【0086】

他の実施形態では、タッチスクリーン構成８が中央タッチ検出領域３２、３４内のタッチに応答する方法が異なっていてもよい。

【0087】

ここで図９を参照すると、本実施形態では、外側タッチ検出領域３６におけるタッチにより、関連する外側ディスプレイＬＥＤ５８が作動し、対応する外側ディスプレイ領域４２が照明される。外側ディスプレイ領域４２は、上部プレート１０の外側タッチ検出領域３６の半径方向外側に位置して隣接する。

【0088】

図９は、ユーザが単一の外側タッチ検出領域３６内の上部プレート１０の上表面２０に触れている場合のシナリオを示す。対応する外側ディスプレイＬＥＤ５８が作動し、これにより上部プレート１０の対応する外側ディスプレイ領域４２が照明される。外側ディスプレイ領域４２は、外側ディスプレイＬＥＤ５８の上に重なり、ユーザが接触する外側タッチ検出領域３６の半径方向外側に位置して隣接する。外側ディスプレイＬＥＤ５８から出力される光の強度は、対応する外側センサ５２に入射する上部プレート１０からの光の強度に依存する。このように、タッチを激しくすると、例えばユーザの指と接触する外側タッチ検出領域３６の面積が大きくなるため、対応する外側ディスプレイ領域４２の照明がより明るくなる。

【0089】

図９の例では、ユーザのタッチは単一の外側タッチ検出領域３６に制限され、タッチスクリーン構成８の照明は単一の外側ディスプレイ領域４２に制限される。

【0090】

一方、図１０に示される例では、ユーザの指は、タッチ中に、同時に３つの隣接する外側タッチ検出領域３６内で上部プレート１０に接触し、３つの対応する外側ディスプレイ領域４２が点灯する。この３つの対応する外側ディスプレイ領域４２は、３つの外側タッチ検出領域３６の半径方向外側に位置して隣接する。本実施形態では、図１０に示すように、ユーザの指との接触およびユーザの指からの圧力が最大レベルとなる外側タッチ検出領域３６に対応する外側ディスプレイ領域４２において、最も明るい照明が生じるように、タッチスクリーン構成８が構成される。しかしながら、当業者であれば、タッチスクリーン構成８を異なる方法で構成することが可能であることを理解するであろう。例えば、対応するセンサ１４によって検出された光の強度が所定の閾値以上である場合にのみ、外側ディスプレイＬＥＤ５８または他のディスプレイライト１６が作動するように、構成８を構成することもできる。このようにして、システムは、偶発的な光やタッチを無視するように、及び／または、ユーザがタッチした主領域に対応する単一のディスプレイ領域のみを照明するように、構成することができる。その場合、例えば図８の例のように３つのタッチ検出領域にユーザの指が接触した場合でも、図９に示すように１つのディスプレイ領域を点灯させることが可能となる。別の例として、隣接するディスプレイ領域に関連付けられたセンサ１４が、光の強度が所定の閾値を超えていることを検出したときに、１つまたは複数の外側ディスプレイＬＥＤ５８が作動するように、構成８を構成することができる。

【0091】

上部プレート１０のディスプレイ領域の照明、およびこの照明によって表示される情報の種類は、スクリーン構成８の特定の用途に依存することが理解されるであろう。例えば、上記の代わりに、または上記に加えて、タッチ検出領域をタッチすることによって、ディスプレイ機能を有するスクリーン構成８の他の領域及び／または構成８の複数のディスプレイ領域を、点灯させることができる。

【0092】

他の実施形態では、タッチスクリーン構成８は、上述の照明に加えて、またはその代わりに、異なる機能を有するように構成され得ることも理解されるべきである。例えば、タッチスクリーン構成８は、異なるタッチの種類によって特定の制御機能をもたらすように構成することができる。スクリーン構成８がスピーカ用の制御画面に組み込まれる実施形態では、例えば、特定の領域におけるタッチ及び／または特定のタイプのタッチにより、デバイス設定が選択され得る。

【0093】

既に示したように、スクリーン構成８は、１つ以上のタッチの位置に基づいて情報を表示するように構成されることに加えて、タッチの性質に基づいて情報が表示されるように構成されることもできる。例えば、ユーザによるスワイプ動作により、特定の情報が表示されたり、特定の動作（例えば、特定のデバイス設定の選択）が実行されてもよい。例えば、ユーザが上部プレート１０の上表面で指をスワイプし、第１および第２の中央タッチ検出領域が連続してタッチされると、特定のアクションを引き起こすことができる。構成８は、第１の検出領域に続いて第２の検出領域に接触する指のスワイプと、第２の検出領域に続いて第１の検出領域に接触する指のスワイプと、を区別し、これらの異なるジェスチャーに潜在的に起因した異なる機能を有するように、構成され得る。

【0094】

タッチスクリーン構成８はまた、異なるタッチ検出領域における複数の同時または連続したタッチを検出し、このタッチに起因した異なる制御機能を有することができる。例えば、いくつかの実施形態では、タッチスクリーン構成８は、２つ以上の所定のタッチ検出領域における同時または連続したタッチによって、１つ以上のディスプレイ領域が点灯するように、構成され得る。

【0095】

いくつかの実施形態では、タッチスクリーン構成８は、「静的タッチダイヤル」として使用するために構成され得る。特に図１１を参照すると、構成８は、多数の外側検出領域における上部プレート１０の側面をユーザが掴み、回転可能なダイヤルを回すように指を動かすと、回転可能なダイヤルの回転に通常関連付けられた制御機能が実行される。図１１に示すように、ユーザがタッチした外側タッチ検出領域に関連付けられた外側ディスプレイ領域も、点灯し得る。その場合、ユーザが外側検出領域を横切って指を動かすと、外側ディスプレイ領域の照明も、タッチ検出領域の移動に応じて移動する。例えば、タッチスクリーン構成８がスピーカシステムにおける制御パネルの一部として組み込まれた実施形態では、ユーザが複数のタッチ検出領域の側面を掴んで可動ダイヤルを回すように手を回すと、それに応じてスピーカの音量が増減するように、構成８を構成してもよい。別の例として、２つの外側検出領域を２本指でタップすると、例えば、スピーカの出力が一時停止する構成としてもよい。

【0096】

当業者であれば、上記は、図１から図１１に示すようなスクリーン構成８が有し得る機能の単なる選択であることを理解するであろう。スクリーン構成８の使用目的に応じて、他の多くの機能を備えることが可能である。

【0097】

また、当業者であれば、本発明の範囲内で、上述のタッチスクリーン構成８の多くの変形が可能であることを理解するであろう。

【0098】

例えば、いくつかの実施形態では、タッチスクリーン構成８は、国際公開第２０１５／１５５５０８号に記載されているような機能システムを利用する１つ以上の領域を含んでもよい。国際公開第２０１５／１５５５０８号は、法律で許される範囲で参照により本明細書に組み込まれる。図１２はこの機能システムを示しており、完全を期すためにここで説明する。

【0099】

図１２のシステムは、光学的に透明な上部プレート２１０と、上部プレート２１０の１つの端または複数の端に配置された１つまたは複数の光源２１２と、を備える。上部プレート２１０の下方には、光学的に透明なプレートよりも低い屈折率を有する任意選択の中間層２１４が存在し、この例では空気から構成される。上部プレート２１０は、上部プレート２１０内で光の全内部反射を引き起こすように、光源２１２によって照明される。

【0100】

図１２のシステムは、光の分散性及び損失性を有する下部またはベースプレート２１８と、その端に位置する、光検出器の形態のセンサ２２０と、をさらに備える。下部プレート２１８は、上方から入射する光を下部プレート２１８の端に向かって分散させる分散特性を有するとともに、このプレートの上面および下面から入射光を失わせることで、損失が支配的であるプレートが形成される。このような分散特性は、当業者には明らかなように、多くの異なる方法で達成することができる。

【0101】

スタイラスまたは指２２２などのポインタが上部プレート２１０の第１の表面２２３に触れた場合、上部プレート２１０内の全内部反射は、フラストレート全内部反射（ＦＩＲ）によって遮断される。これにより、一部の光２２３が、上部プレート２１０及び中間層２１４を通って下部プレート２１８に伝送され、ベースプレート２１８内部で伝送されるために、上部プレート２１０の第２の表面２２５から下方に存するベースプレート２１８内に向かって、光が結合される。上述の通り、下部プレート２１８の分散／損失特性により、下部プレート２１８に上方から入射する光は、損失の多い方法で、プレート２１８を通って端に向かって分散および飛散する。その結果、前記光の一部が、光検出器２２０によって検出される。

【0102】

上部プレート２１０がタッチされる位置によって、下部プレート２１８上で光が入射する相対的な位置が決まり、従って、下部プレート２１８の端から前記入射光までの距離（すなわち、光検出器が存する端に光が到達するまでに必要な距離）が決まる。その結果、光検出器２２０によって検出される光の相対量は、上部プレート２１０がタッチされる位置、したがって、光が入射する下部プレート２１８上の位置に、完全に依存することになる。さらに、指２２２などの柔軟なポインタからの圧力が増加すると、指２２２の下の接触面積及び接触範囲が増加するため、より多くの全内部反射光が遮断され、したがって、上部プレート２１０から放射されるエバネッセント光の強度が増加する。したがって、所与のタッチ位置においてセンサ２２０によって検出される絶対光強度は、タッチの強度または圧力を示す。よって、光の絶対強度が高いほど、上部プレート２１０へのタッチが激しく力強いことを示し、光の強度が低いほど、上部プレート２１０へのタッチが軽く弱いことを示す。

【0103】

損失性下部プレート２１８の飛散／分散特性を使用して、元のタッチからの距離に応じた捕捉光の減衰の挙動を制御することができ、その結果、タッチポイントの位置を一意に計算することができ、タッチ位置の精度を制御することができる。下部プレート２１８に埋め込まれた飛散／分散材料２１８ａの濃度プロファイルを制御することによって、距離に応じて減衰した捕捉光のプロファイルも制御することができる。

【0104】

処理手段（図示せず）は、光検出器２２０によって検出された光の量および強度を表すデータを、光検出器２２０から受信するために設けられており、その結果、上部プレート１０上のタッチポイントの位置と、タッチの性質及び／または形状と、を計算することができる。各フォトダイオード２２０における相対強度及びそれらの相対位置を比較することによって、また、下部プレート２１８の分散特性及び減衰特性の知識を使用することによって、１回のタッチまたは複数のタッチの位置および性質を計算することが可能である。デバイスドライバ（不図示）は、結果のデータを、タッチベースの入力として解釈し得る。

【0105】

ここで図１３を参照すると、図１３は、図１２で説明したような損失性下部プレート３１８を利用する機能システムを組み込んだタッチスクリーン構成３０８を示す。図１３のタッチスクリーン構成３０８の多くの態様は、図１から図１１の実施形態と同じである。同様の特徴には同様の参照番号が付されており、簡略化のために、同様の特徴についてはここでは再度説明しない。この実施形態が図１から図１１の実施形態と異なる点は、上部プレート３１０の中央領域のタッチ感知が、図１から図１１の実施形態のように上部プレート３１０の下表面に向けられた中央センサを使用して提供されるのではなく、図１２に関連して説明したような機能システムを使用して提供されることである。

【0106】

図１３のタッチスクリーン構成３０８では、上部プレート３１０の上表面３２４が、中央タッチ検出領域３３２を画定する。損失性下部プレート３１８は、中央タッチ検出領域３３２が下部プレート３１８の上に重なるように、上部プレート３１０の中央タッチ検出領域３３２の下方に配置され、中央タッチ検出領域３３２の下に位置する。このようにして、下部プレート３１８は、ユーザが中央タッチ検出領域３３２における上部プレート３１０に触れたときに、中央タッチ検出領域３３２から透過される光を捕捉するように、構成される。下部プレート３１８から出る光を検出するための少なくとも１つの中央センサ３４８が、下部プレート３１８の端３５０に配置されている。本実施形態では、８つの中央センサ３４８が、下部プレート３１８の端３５０の周囲に等間隔で配置され、下部プレート３１８の中心に向かって内側を向いている。ディスプレイスクリーン３６０は、下部プレート３１８が上部プレート３１０とディスプレイスクリーン３６０との間に位置するように、上部プレート３１０の上表面３２４の下に配置される。

【0107】

ユーザが中央検出領域３３２における上部プレート３１０に触れると、光は上部プレート３１０から出てその下の下部プレート３１８に入る。上部プレート３１０がタッチされる位置及びタッチの性質は、関連する処理手段（図示せず）を使用して、図１２に関連して既に説明したのと同じ方法で決定することができる。

【0108】

図１３は、本発明によるタッチスクリーン構成が、タッチスクリーン構成の領域にタッチ感度を付与するための損失性下部プレートを使用した機能システムが組み込まれた、可能な一実施形態を示す。当業者であれば、他の実施形態において、損失性下部プレート及び／または上部プレートの下表面に向けられたセンサを利用したタッチ感知領域の位置及び／または範囲が変化し得ることを、理解するであろう。

【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】

【国際調査報告】