JP2007523394A - 発光スタイラスおよび発光スタイラスを用いるユーザ入力装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、光検出器のアレイと、光検出器によって検出可能な光のビームを発するように構成される発光スタイラスと、を備えるユーザ入力装置を提供する。光ビームは、少なくとも２つの検出器が所定の位置のすべてを照らすほど検出器の平面において十分に広い。これにより、光ビームの位置を補間することができて、単に検出器間の間隔のために予想されるより大きい位置解像度を得る。断面強度において既知の変化を有する光ビームを用いることによって、補間をさらに支援することができる。本発明はまた、光ビーム断面の検出された形状を光ビーム断面の既知の形状と比較することによって、スタイラスの向きの決定することを提供する。

Description

本発明は、発光スタイラスおよびユーザ入力装置における発光スタイラスの使用に関する。

タッチセンサは、ユーザにとって電子システム、通常、情報を表示するためのディスプレイを備える電子システムと直観的に対話するためのますます普及している方式となりつつある。多くの用途では、情報はタッチ感知領域を通じて表示され、その結果、ユーザには表示された情報と直接対話するように見える。入力装置の技術に応じて、ユーザは、指または何か別のタッチ器具、たとえばスタイラスなどを用いて装置と対話してもよい。スタイラスが用いられるとき、スタイラスは（たとえば、携帯情報端末または他の携帯型装置における抵抗型タッチスクリーンと共に用いられるもので代表されるような）受動オブジェクトであってもよく、（シグネチャキャプチャ（ｓｉｇｎａｔｕｒｅ ｃａｐｔｕｒｅ）装置と共に用いられるもので代表されるような）能動オブジェクトであってもよい。能動スタイラスは、送信であろうと受信であろうとその両方であろうと、タッチ位置または他の情報を決定するために、入力装置と信号を伝達授受することができる。能動スタイラスとしては、無線周波数信号を送信または受信するもの（ＲＦペン）、電磁誘導信号キャプチャのために磁界を用いるもの（電磁誘導ペン）および発光または受光を行うもの（光ペン）が挙げられる。

本発明により提供される光感知型ユーザ入力装置は、入力装置の入力面を通って透過される光を感知するために配置された光感知デバイスの共面アレイを備え、ここに最寄りの隣接する光感知デバイスは中心間の間隔がある最大距離以下である。また、入力装置はこれによって検出可能な光ビームを発するように構成されるスタイラスを備え、ここに光ビームが呈する断面プロファイルはビームプロファイルに亘る強度変化によって特徴付けられる既知の形状を有する。スタイラスが入力面に接触しているときに、光ビームは装置の平面において最大距離より大きいサイズを示す。入力装置はまた、装置に連結され、最大距離未満の間隔の精度で光ビームの位置を決定するように構成される電子機器を備える。

本発明はさらに、入力面における光ビームの位置を決定する方法を提供する。本方法は、入力面を通って透過される光を感知するために配置された光感知デバイスの共面アレイを設けることと、既知の強度変化を有する断面プロファイルによって特徴付けられる既知の形状を有する光ビームを発することと、を含み、ここに光ビームが入力面を通るように向けられるときに、光ビームは少なくとも２つの光感知デバイスによって光ビームを検出するのに十分なスポットサイズを有する。方法はまた、少なくとも２つの光感知デバイスによって光ビームを検出することと、光ビームの既知の強度変化を用いて検出ステップ中に測定された信号を補間することによって、最寄りの隣接する光感知デバイスの間の中心間の距離未満の精度で光ビームの位置を決定することと、を含む。

本発明の上記の概要は、本発明のそれぞれ開示された実施形態またはすべての実装例について記載することを意図しているわけではない。以下の図面および詳細な説明は、これらの実施形態をさらに詳細に具体化している。

本発明は、添付図面と共に、本発明の種々の実施形態に関する以下の詳細な説明を検討すれば、より完全に理解されると思われる。異なる図における同一の参照符号は実質的に同一のものを示すが、必ずしも同一の要素である必要はない。

本発明は種々の修正および代替の態様に適用可能であるが、その仕様が図に一例として示され、詳細に説明される。しかし、記載された特定の実施形態に本発明を限定するわけではないことを理解すべきである。逆に言えば、本発明の精神および範囲に包含されるすべての修正物、等価物および代替物を網羅することができる。

本発明は、発光スタイラス、光学ディジタイザによって測定することができる位置および状態に関する。光ビームのサイズおよび形状は、光センサのアレイを用いて正確で高解像度の位置決定を行うように適応されることができる。

本発明は、ユーザ入力装置において有用な発光スタイラスを提供し、スタイラスは１つ以上の次の特徴を備えることができる。本発明は、所定のすべての位置でビームを測位するために、隣り合う光センサ間の距離より大きなスポットサイズを有する光ビームを発するスタイラスを提供する。本発明は、中心で最も明るく、既知のパターンでゼロまで減少する強度プロファイルを有するわずかに焦点のずれた光ビームを用いた場合のような既知の可変強度プロファイルを発するスタイラスを提供する。そのようなスタイラスを用いる場合には、２つ以上の隣接する光センサがビームの中心に対する近さに比例する量の光を検出することができる。したがって、ビーム中心の位置の補間により、光センサ間の距離が与えられた場合に予測される解像度よりも高い解像度を生じることができる。本発明は、ビームの既知のアスペクト比と比較した光センサの平面におけるビーム形状のアスペクト比を用いて、光ビームの角度、したがってスタイラスの角度を測定することができるシステムを提供する。この角度およびビームの中心の位置を用いて、スタイラスの位置を測位することができる。ディジタイザ面が光感知面から著しく離れている場合に、これは視差を考慮し補正するために特に有用である。スタイラスおよびユーザの手の位置が分かれば、情報を表示する場所をユーザが見ることができるように決定するなどの他の目的にも有用である。

図１は、ディジタイザ１１を備える入力装置１０を示す。ディジタイザ１１は、入力面１６を有する上部基板１５と、下部基板１８と、検出器４８を備える光検出器アレイ１９と、基板間の間隔１７と、を備えていてもよい。ディジタイザ１１はまた、ディスプレイ、たとえば光検出器がさらに設けられるアクティブマトリックス液晶ディスプレイ（ＡＭＬＣＤ）、光検出器がディスプレイのピクセルトランジスタである液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、発光ピクセルはまた光検出器として機能する有機エレクトロルミネッセントディスプレイ（ＯＬＥＤ）などとして機能してもよい。本発明に用いるのに適したディジタイザの実施例としては、以下の公報、すなわち国際公報国際公開第０３／０７１３４５号パンフレット、国際公報国際公開第０３／０５８５８８号パンフレット、米国特許第６，３３７，９１８号明細書、米国特許第５，８３８，３０８号明細書、特開平１０−１８７３４８号公報、特開平１０−２８３１１３号公報、特開昭５８−０８６６７４号公報、特開昭６０−１９８６３０号公報、特開昭６０−２００３８８号公報、特開昭６１−００６７２９号公報、特開昭６１−０７５４２３号公報、特開平１１−２８２６２８号公報、特開２００３−６６４１７号公報に開示されているものが挙げられる。これらの特許はそれぞれ全体が引用され、本願明細書に完全に再現されるものとする。

図１はまた、２つの同一の発光スタイラス２０および２１も示し、それぞれのスタイラスはそれぞれ、高度に集束されるレーザ状のビーム３０および３１を発する。スタイラス２０および２１は、アレイ１９から距離Ｔである。スタイラス２０はアレイ１９に対して垂直であり、そのビーム３０の幅は少なくとも２つの光検出器を同時に照らすのに十分である。スタイラス２０の直下にある検出器アレイ１９と交差する光のスポットの位置を測定することによって、スタイラス２０の位置を決定することができる。検出信号をフィルタリングして、周辺光または電子雑音から分離することができるように、ビーム３０を変調することによって、光ビーム３０の検出を向上してもよい。位置測定に影響を及ぼすことなく、色、強度、デューティサイクル、偏光またはパルス幅変調を変化させることによって、光ビーム３０を変調してもよい。そのようなビーム変調はまた、スタイラスの状態、先端トランスデューサ２４（たとえば、入力面とスタイラスの接点を示す）または側面スイッチ２３などの入／切状態を伝達するために用いられてもよい。アレイ１９を経由して測定システム２１３（図８参照）にこれらの状態を伝達することができる。２つ以上のスタイラスからの各々に固有の変調ビームを用いて、スタイラス、たとえば、１つのディジタイザの２人以上の個々ユーザによって用いられるスタイラスを識別してもよい。

側面スイッチ２３および／または先端トランスデューサ２４は、電気接点の形成または遮断を行い、ある信号を生じる圧力作動式スイッチであってもよい。この信号は、スタイラスのビーム３０のビーム強度または変調ビーム３０のデューティサイクルまたはビーム３０の変調の周波数またはビーム３０の色またはビーム３０の光の偏光における変化などのビーム３０における変化であってもよい。スタイラスのビーム３０における変化は、アレイ１９を経由して測定システム２１３に伝達され、測定システム２１３は右または左のマウスクリックまたはスタイラス２０の状態における他の変化と同等であると解釈してもよい。

側面スイッチ２３は、スタイラス２０の本体またはスイッチ２３として識別される電気的に孤立した領域にタッチ接触がなされるときに作動する静電感知式トランスデューサであってもよい。先端トランスデューサ２４は、先端トランスデューサ２４における可変圧力に応じて、連続的に変化する信号を出力する圧力感知式トランスデューサであってもよい。トランスデューサ２４からの信号は、スタイラスのビーム３０における変化、たとえば上述したビーム強度または周波数などにおける変化を生じることができる。

先端トランスデューサ２４は、先端トランスデューサ２４に印加される圧力の量に応じて、スタイラス２０における光源からアレイ１９までの光の通過量を変える機械的なシャッタであってもよい。先端トランスデューサ２４は、先端トランスデューサ２４に印加される圧力から生じる先端２４の移動量に応じて、スタイラス２０における光源からアレイ１９までの可変幅ビームを形成するために、光を集束または案内する可動レンズまたはチューブの形の光導波路であってもよい。ビームの幅の変化は、図５に関して記載したように測定されることができる。

図１を再び参照すると、スタイラス２１およびそのビーム３１は、スタイラス２１がアレイ１９に対して垂直な軸に対して角度Λ°である点を除き、スタイラス２０およびビーム３０と同一である。この角度およびスタイラス２１とアレイ１９との距離Ｔの結果として、面１６とスタイラス２１の接点と、光ビーム３１が検出器アレイ１９と交差する点との間の距離Ｅが生じる。スタイラス２１の位置がビーム３１およびアレイ１９の交差点として測定される場合には、距離Ｅは誤差を表す。スタイラスのビーム３１の角度Λを測定することができ、かつ距離Ｔが既知である（または測定されることができる）場合には、誤差Ｅを測定して補正することができる。

図２は、水平方向の距離Ｍ_Dおよび垂直方向の距離Ｎ_Dで中心間が隔てられた光検出器４８のアレイ１９の俯瞰図を示す。Ｎ_D＝Ｍ_Dであるように示されているが、この条件は必ずしも当てはまる必要はない。本発明は、直線アレイ、六角形アレイ、矩形アレイまたは任意の他の適切なアレイまたは光検出器の分布をはじめとする任意のアレイまたは光検出器の分布が考えられる。図２は、国際公開第０３／０５８５８８号パンフレットに開示されるような光感知のために構成されるＯＬＥＤディスプレイに特有である比較的高い検出器密度を表すことを意味している。スタイラスのビーム３０および３１によってそれぞれ照らされている光スポット４０および４１もまた、示されている。ビームがＸ方向およびＹ方向のそれぞれにおいて同時に２つの検出器の少なくとも一部を照らすのであれば、検出器アレイ１９の間隔の２分の１（この場合にはＭ／２）の解像度を実現することができる。アレイ１９における各光検出器は、複数レベルの光を測定するため、光レベルの補間を用いて、直径２Ｍより大きい直径のスポットの位置を検出器間の距離Ｍより高精度の解像度で測位することができる。Ｎ_DおよびＭ_Dが等しくない場合には、スポット直径は、Ｎ_DおよびＭ_Dの大きい方に略等しいか、またはそれより大きいことが望ましい場合もある。ビームスポット４０は丸いように示されているが、特に、スポット形状および強度分布が既知である場合には、任意のスポット形状を用いることができることが理解されよう。

スポット４１は、検出器アレイ１９の平面から角度Λ°で向けられるスタイラス２１からの光の丸いビームによって形成される。結果として生じるスポット４１は、ビーム３１の直径に等しい最小幅Ｄの楕円形状である。楕円の長い方の寸法Ｌは、以下の式によって決定される。
Ｌ＝Ｄ＊ｃｏｓΛ （式１）

したがって、ΛはＬおよびＤから以下のように計算することができる。
Λ＝ｃｏｓ^-1Ｄ／Ｌ （式２）

スタイラスのビーム角度４５°は、Ｌ＝１．４１＊Ｄとなる。したがって、長さ対幅の比および楕円形スポット４１の長い方の寸法の向きを用いて、スタイラス２１の傾斜角Λおよび傾斜軸を測定することができる。式２による角度Λおよび既知の距離Ｔが与えられると、誤差Ｅの大きさを以下のように計算することができる。
Ｅ＝ｔａｎΛ＊Ｔ （式３）

誤差Ｅの大きさを式３から計算することができる。センサアレイ１９の測定値および簡単な画像認識アルゴリズムから、楕円形スポット４２の長軸Ｌおよび誤差Ｅを直接決定することができる。しかし、直接の静的測定から誤差Ｅの方向を決定することはできない。たとえば、スポット４１は、位置Ｑまたは位置Ｗにおけるスタイラス２１から生じてもよい。以下に例を概説する複数の方法のうちの１つ以上の方法を適用することによって、実際のスタイラスの位置を決定することができる。

スタイラス２１は一般に手持ち型であることから、スタイラス２１の傾斜角は一般に、手の方向またはスタイラスを保持する指の方向にある。ユーザおよび手は一般にディジタイザアレイ１９の下に向かって向けられるため、手および（一般に）スタイラス２１は、点Ｑではなく点Ｗに近い方に位置する。この方法は、ユーザに対して入力装置の向きが常に既知であるシステムに適していると思われる。

ディジタイザアレイ１９は光を感知するため、光スポット３１に対するスタイラス２１および手または指によって落とされる影４７を測定することによって、手の位置を決定してもよい。（図１に示されているような）スポット３１の右の影４９は、スタイラス２１が点Ｑではなく点Ｗに近い方に位置することを示す。この方法は、スタイラスまたは手からの影を落とすほど十分な周辺光があるシステムに適していると思われる。

また、スポットの移動に基づき、手の位置を推測することも可能である。正常な筆記では、スタイラスが向けられている方向にスタイラスを推すことにより、ストローク（特に直線ストローク）を生じさせることはほとんどない。大部分のストロークは横方向またはスタイラスが傾斜される方向にスタイラスの先端を引っ張ることによって生じる。したがって、相対的なビーム位置の最近の履歴を用いて、手の位置を決定することができる。

他の方法は、ユーザ入力が行われる前に手の位置および／または装置の向きをユーザに示すように促すことを含む。

スタイラスの向きを決定する他の方法は、検出器に形成されるスポットの光の分布のさらなる解析を含む。一般性を失うことなく、光のガウス分布または光の円錐状の分布などの既知の断面の強度分布を有する光ビームがある角度でセンサアレイを照らす場合には、図２のスポット４１などの楕円形スポットが形成されることになる（同様に、それぞれスポット１４１および３４１に関して図５および図７に示されている）。楕円形スポットは一般に、スタイラスの傾斜方向に向けられるスポットの半分がスタイラスの傾斜方向から遠ざかるように向けられるスポットの半分より高い積分強度を有するような強度分布を示す。したがって、スポットの異なる１／２部分、異なる１／４部分または異なる他の選択部分からの積分強度への寄与を比較することによって、スタイラスの傾斜方向を示すことができる。

位置誤差補正の支援に加えて、他の目的のために手およびスタイラスの位置情報を用いることができる。たとえば、ディスプレイ上でメニューまたは他の情報をポップアップするときに、その表示がスタイラスまたは手によって遮られにくい場所に情報を位置決めすることが望ましい場合もある。他の実施例として、マルチユーザシステムにおいて、スタイラスの決定された位置および向きを用いて、どのユーザが情報を入力中であるかを決定することができる。

図３は、スタイラス１２０および１２１が円錐状のビームを発し、より広い領域にわたるスポットパターンに光が広がる点を除き、図１に示される装置１０に類似の入力装置１１０を示す。また、国際公報国際公開第０３／０７１３４５号パンフレットに開示されているように、光検出器１４８が感光性ＬＣＤの一部である場合のように、センサアレイ１１９は、より広い間隔で配置されるより少数の検出器１４８を有する。１１９のような疎アレイでは、以下に説明するように、その軸を横切って既知の可変強度を備えるより広範囲のビームが好都合である。

図４ａおよび図４Ｂを用いて、種々の代表的なビーム強度プロファイルを示す。図４ａは、示された複数の光ビームからなる光分布に関するチャート１００を示す。光源（たとえばＬＥＤ）の周囲の放射強度の分布は、ビーム角度Φとして表される。最大放射強度は、光軸上にある。光軸に対する角度Φが増大するにつれて、最大放射強度は概して減少する。放射強度が最大値の５０％以上である光学角の範囲は、半値（ｈａｌｆ ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ ｖａｌｕｅ）と呼ばれる。

グラフ１００を参照すると、線１０１は、ゼロに近い半値角を有する急激に集束するレーザ状のビームから生じる。線１０２は、半値角＋／−６０°の非集束平面型ＬＥＤを代表する。線１０３は、半値角＋／−２５°を生じるＬＥＤに放物面レンズによって実現されてもよい。図４Ｂのグラフ９０は、線１０３の他の表示であり、半値角２５°を有する光源の相対放射強度を示す。そのような既知のビーム強度プロファイルは、以下の説明に記載するように用いられることができる。

図３に戻って参照すると、スタイラス１２０のビームは、図４ａおよび図４Ｂのプロファイル１０３によって示されるような角度に対する放射を有すると考える。これは距離と共に変化するアレイ１１９上の光分布を生じ、中心のビーム１３０における最大光から既知の態様で中心からの距離と共に減少する。アレイ１１９などの疎アレイと共に用いられるとき、この光分布は図１に示される高度に集束するビーム３０および３１に優る複数の利点がある。アレイ１１９とビーム１３０の交点がより広くなるため、検出器１４８の間隔が広い場合であっても、光は複数の検出器１４８を照らす。光分布は所定のパターンを有し、このパターンを用いて、広く離隔された検出器１４８の間をさらに正確に補間することができる。また、スタイラス１２０とアレイ１１９との距離の変化により、検出されうるビーム１３０とアレイ１１９との交点の幅に変化を生じることになる。これにより、スタイラス１２０の高さ（アレイ１１９からの距離）を測定することも可能となる。

図５はアレイ１１９の平面図を示し、光スポット１４０および１４１がスタイラスのビーム１３０および１３１によってそれぞれ照らされる。検出器間の間隔は、水平方向にＭ_Sおよび垂直方向にＮ_Sであり、Ｍ_S＝Ｎ_Sである。Ｇは、隣接する光検出器１４８間の最小間隙の幅を表す。スポット４２は、小さな直径のさらに急激に集束するレーザ状のビームによって形成されうるスポットの例である。スポット４２の直径が検出器間の間隙Ｇ（図示されている）以下である場合には、検出器間の距離Ｍによって決定される解像度を備えるアレイ１１９中の検出器によってスポット４２を測位することができる。スポット４２の直径が検出器間の間隙Ｇより大きい場合には、スポット４２は２つの検出器１４０によって同時に測定されることができ、補間を用いてＭ／２の解像度でスポット４２を測位することができる。疎アレイ１１９の検出器間の間隔Ｍは１ｍｍより大きくてもよいことから、Ｍ／２の解像度は筆記などのある種のスタイラスの用途では限界となる。したがって補間をさらに効果的に用いるために、１４０のようなより広い可変強度のスポットを生成することとしてよい。

図３および図５を再び参照すると、図４ａおよび図４Ｂによって示されるプロファイル１０３によって画定されるような光分布を有するスポット１４０を考える。スポット１４０は、検出器１４２と１４３との間の真ん中に置かれる。Ｍ＝Ｎ＝１ｍｍおよびＴ＝３ｍｍが与えられると、検出器１４２および１４３は、検出器の平面に伝送される最大光の約０．９４を受光する。検出器１４４および１４５が最大の約０．６６または検出器１４２および１４３の７０％を受光する。検出器１４６および１４７は実質的に光を受光しない。これらの光強度および隣接する検出器間の強度差は検出器間で高解像度補間を可能にし、ビーム強度プロファイルおよび全体形状が既知であり、検出信号と比較されることができる。検出信号を既知のプロファイルおよび形状にマッピングして、ビームの中心の位置を特定することができる。

楕円形スポット１４１は、アレイ１１９に対して角度Λ２であるスタイラス１２１から生じる。長さ対幅の比を用いて、スタイラス１２１の向きおよび角度を計算することができ、スタイラス２１および楕円形スポット４１に関して上述した方法と類似の方法を用いて誤差Ｅ２を計算することができる。誤差Ｅ２もまた、さらに分析してもよい。プロファイル１０３によって画定されるような光分布を有するビームは、光軸（およびスタイラスの軸）の両側に全照射の２分の１の光を分散する。スタイラスの傾斜方向に収まる照射は長さＥ２に及ぶより小さな領域に収まるのに対し、光軸の他方の側における照射はより大きな領域にわたる。検出器１４８によって集光されるスポット１４１の領域における全照射を解析して、５０％／５０％分布に基づき、光軸の位置を決定してもよい。あるいは、既知の光分布プロファイル（たとえば、図４Ｂのプロファイル１０３）に対するスポット１４１の測定された光分布を比較することによって、光軸を測位してもよい。

図６は、ディジタイザ３１１を備える入力装置３１０を示す。２つの同一の発光スタイラス３２０および３２１もまた示されており、それぞれのスタイラス３２０および３２１は環状ビームパターンを有する集束ビーム３３０および３３１を発する。スタイラス３２０は断面図で示され、内部光源３３５および管形状の光導波路３３６の断面を示している。管形状の光導波路３３６は、光源３３５から先端３２４を通って光を伝送し、光の環状パターンに集束する。スタイラス３２１は、角度Λ３で類似の光パターンを投射する。

図７は、光検出器３４８のアレイ３１９の俯瞰図を示す。スタイラスのビーム３３０および３３１によってそれぞれ照らされるリング形状の光スポット３４０および３４１も、示されている。リング形状の光スポット３４０には、光レベル、したがって隣接する検出器間の信号において高いコントラストを示すと同時に、比較的高度に集束されるビームを形成することができるという利点がある。このコントラストは、リングの内縁および外縁の両方で検出されることができる。たとえば、検出器３５０は低い光レベルを検出し、検出器３５０に隣接する最寄りの８つの検出器はより高い光レベルを検出し、８個の検出器の外側の検出器の次の群は低い光レベルを検出する。画像検出アルゴリズムを用いて、高解像度でスタイラスの位置を決定することができる。リングの直径対中心（光っていない）直径の比を用いて、スタイラス３３０の高さを測定してもよい。図２のスポット４１の場合に上述したように、楕円リング形状のスポット３４１の傾斜角および軸を決定することができる。

手の影３４９およびスタイラスの影３４７を用いて、スタイラス３２１の傾斜角を決定することができる。スポットのコントラストが低い状況では、スポット３４１に関連して、影３４９および３４７も用いて、スタイラスを測位することができる。

図示および説明のスポットの強度プロファイルは、例示であり、限定することを意味しているわけではない。図面に示された強度プロファイルに加えて、他の既知の可変スポット強度プロファイルを用いることができる。他の既知の可変スポット強度プロファイルは、本願明細書で提供される説明から当業者に認識されるように、本発明と共に用いることを十分に考慮される。記載したようなスポットの位置決定、解像度の向上、ビーム角度の決定、スタイラスの向きの決定などに関する技術は、本発明に有用な光センサアレイによって検出可能な特性を有する任意のスポットの強度プロファイルに直接適用可能である。

図８は、光検出器アレイを備えたディスプレイシステムのブロック図を示す。一般に、ディスプレイピクセルアレイ２１０および光検出器アレイ２１２は、米国特許出願公開第２００３／０１２２７４９号明細書および国際公報国際公開第０３／０７１３４５号パンフレットに記載したように、同じ場所に配置される。ピクセルドライバ２１１および光検出器測定システム２１３はまた、同一の半導体装置に集積されてもよく、システムコントローラ２１８と通信を行ってもよい。ディスプレイピクセルドライバ２１１は、当業界では周知である。光検出器測定システム２１３は、ディスプレイピクセルアレイ２１０における各検出器を照らす光の量を測定することができる。また、周辺光を測定し、周辺光と影との間を区別することができる場合もある。システムコントローラは、ピクセルドライバ２１１に送信されることになっているディスプレイ情報を計算し、光検出器測定システム２１３によって測定される光検出器アレイ２１２における光パターンの位置も計算する。

図９は、検出器アレイ４１９を有するディジタイザ４１１を備えるシステム４１０の断面図を示す。アレイ４１９中の各検出器４４８は、その光路に関連するレンズ、たとえばレンズ４５２、４５３、４５４、４５５、４５６および４５７を有する。類似のレンズ構成は、米国特許第６，０２８，５８１号明細書に開示されている。レンズ４５２〜４５７は上部のディジタイザ４１１からの光を集束し、レンズ４５２〜４５７と径が同じ列を通るアレイ４１９に対して慨ね垂直である光が、アレイ４１９中の各検出器に受光されるようになっている。スタイラス４２１からの光４３１は、広い角度、たとえば１７０°で広がるため、多くの検出器にわたって広がり、図９に示されるような種々の角度で検出器に当たってもよい。レンズ４５２〜４５７は、それぞれの検出器に対して垂直な光を伝達するため、レンズ４５５および４５６に当たる光のみが任意の検出器に集束されることになる。したがって、スタイラスの角度Λ４のために生じる、スタイラス４２１の先端位置と発光スポットの中心との間の誤差Ｅ４を低減することができる。

アレイ４１９中の各検出器の上のレンズはまた、アレイ４１９中の検出器によって受光される光および影のコントラストを増大することもできる。これは、斜角でディジタイザ４１１の面４１６に当たる光は、レンズによってアレイ４１９中の検出器から遠ざかるように屈折されるためである。これは、本願明細書に記載したようにスタイラスまたは手によって落とされるような影を用いて、スタイラスおよび／またはタッチ位置を測位する場合には特に重要である。

本発明は、上述の特定の実施例に限定されるものと考えるべきではなく、添付の特許請求の範囲に完全に記載されているように、本発明のすべての態様を網羅するものと考えるべきである。本発明を適用可能である種々の修正、等価な方法のほか、種々の構造は、本明細書を検討すれば、本発明に関係する当業者には容易に明白となるであろう。

本発明によって用いられるユーザ入力装置を概略的に示す側面図である。 図１に示される装置を概略的に示す平面図である。 本発明によって用いられる他のユーザ入力装置を概略的に示す側面図である。 種々の代表的な光ビームの強度プロファイルを示す図である。 図４ａに示される光ビームの１つの断面ビーム強度プロファイルを示す図である。 図３に示される装置を概略的に示す平面図である。 本発明によって用いられる他のユーザ入力装置を概略的に示す側面図である。 図６に示される装置を概略的に示す平面図である。 本発明のユーザ入力システムのブロック図である。 本発明によって用いられる他のユーザ入力装置を概略的に示す側面図である。

Claims (13)

1. 光感知型ユーザ入力装置において、
   前記入力装置の入力面を通って透過される光を感知するために配置された光感知デバイスの共面アレイであって、最寄りの隣接する光感知デバイスの中心間の間隔がある最大距離以下である共面アレイと、
   前記装置によって検出可能な光ビームを発するように構成されるスタイラスであって、前記光ビームが呈する断面プロファイルは、ビームプロファイルに亘る強度変化により特徴付けられる周知の形状を有し、前記スタイラスが前記入力面に接触しているときに、前記光ビームは前記装置の平面において前記最大距離より大きいサイズを示す、スタイラスと、
   前記光感知デバイスに連結され、前記最大距離未満の間隔の精度で前記光ビームの位置を決定するように構成される電子機器と、
   を備える光感知型ユーザ入力装置。
2. 前記電子機器は、前記光ビームの前記断面プロファイルの前記既知の強度変化に基づく補間方法を用いて、前記光ビームの位置を決定するように構成される請求項１に記載のユーザ入力装置。
3. 前記光ビームの前記断面プロファイルは円形状であり、検出可能なサイズは円形状の直径である請求項１に記載のユーザ入力装置。
4. 前記光ビームの前記断面プロファイルは楕円形状であり、検出可能なサイズは楕円形状の１つの軸である請求項１に記載のユーザ入力装置。
5. 前記既知の強度変化は、ビーム中心で最も高く、前記ビーム中心からゼロ強度まで連続的に次第に小さくなるビーム強度を含む請求項１に記載のユーザ入力装置。
6. 前記既知の強度変化は、前記ビームの前記中心から、前記ビーム中心から離れて最大強度まで強度が増大し、次に前記ビーム中心からさらに距離を進むとゼロ強度まで次第に小さくなる環状ビーム強度プロファイルを含む請求項１に記載のユーザ入力装置。
7. 前記電子機器は、ビーム角度を決定するようにさらに構成される請求項１に記載のユーザ入力装置。
8. 前記ビーム角度は、前記光感知デバイスによって検出される前記ビームの測定された形状を前記ビームの前記既知の形状と比較することによって決定される請求項７に記載のユーザ入力装置。
9. 前記電子機器は、スタイラスの傾斜方向を検出するようにさらに構成される請求項１に記載のユーザ入力装置。
10. 前記スタイラスの傾斜は、前記スタイラスまたは前記スタイラスを保持する物体に起因する前記装置に落とされる影を検出することによって決定される請求項９に記載のユーザ入力装置。
11. 入力面における光ビームの位置を決定する方法であって、
    前記入力面を通って透過される光を感知するために配置された光感知デバイスの共面アレイを設けることと、
    既知の強度変化を有する断面プロファイルによって特徴付けられる既知の形状を有する光ビームを発することであって、前記光ビームが前記入力面を通るように向けられるときに、前記光ビームは少なくとも２つの前記光感知デバイスによって前記光ビームを検出するのに十分なスポットサイズを有することと、
    少なくとも２つの前記光感知デバイスによって前記光ビームを検出することと、
    前記光ビームの前記既知の強度変化を用いて前記検出ステップ中に測定された信号を補間することによって、最寄りの隣接する光感知デバイスの間の中心間の距離未満の精度で前記光ビームの位置を決定することと、
    を含む入力面における光ビームの位置を決定する方法。
12. 検出される光ビーム形状と前記既知の形状との比較からビーム角度を決定するステップをさらに含む請求項１１に記載の方法。
13. 前記光感知デバイスを用いて、前記光ビームを発する装置または前記光ビームを発する前記装置を保持する物体による影に起因している低減された光強度を検出することによってビームの傾斜の向きを決定するステップをさらに含む請求項１２に記載の方法。

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