JP2009521173A - ユーザ対話用装置及び方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、第１の可視状態と第２の可視状態の間で電気的に切替可能である物質の層（５）、及び、前記第１の可視状態と第２の可視状態の間で前記物質を電気的に切り替える電気スイッチ（６ａ，６ｂ）を有する光モジュール（２１０，３１０）と、物体の存在を検出する検出器（６ａ，１１ｂ）と、前記物体の存在の検出に応じて前記電気スイッチを制御する制御ユニット（２９０，３９０）とを含む、ユーザ対話装置（２００，３００）に関する。

Description

本発明は、ユーザ対話装置、ユーザ対話装置を含むシステム、及び、ユーザ対話方法に関する。

特許文献１は、ディスプレイの一部の近傍にユーザの指又はペンの存在を検出するセンサを含むタッチスクリーンディスプレイを開示する。タッチスクリーンディスプレイは、抵抗層がコーティングされる。或いは、タッチスクリーンディスプレイは、表面波技術若しくは容量性技術に基づいて構成される。タッチスクリーンディスプレイは、図形の窓を表示してもよい。センサがディスプレイの近傍にユーザの指の存在を検出したとき、図形のメニューが一時的に表示され、内容が見られる図形の窓は、図形のメニューにより自動的にサイズが低減されるか若しくは重ね合わせられる。図形のメニューは、所定の時間後に再び隠れる。図形のメニューを再び表示させるために、ユーザは、タッチスクリーンディスプレイから離れる方向に手を動かし、再びそれに近づける必要がある。
ＷＯ０３０１２６１８

特許文献１から知られるセンサは、ディスプレイを制御するための中央処理ユニット（ＣＰＵ）に信号を通す。センサ自体は、ユーザと通信する手段を有さない。ユーザとの通信のために、ディスプレイが必要とされる。同時に、ディスプレイとセンサの組み合わせは、複雑で高価なシステムとなる。

ユーザ対話装置を高価なディスプレイと結合することを必要とせずに、装置とのユーザの対話を検出することができると共に、ユーザにフィードバックを提供することができるユーザ対話装置を提供することが望ましい。

本発明のユーザ対話装置は、第１の可視状態と第２の可視状態の間で電気的に切替可能である物質の層、及び、前記第１の可視状態と第２の可視状態の間で前記物質を電気的に切り替える電気スイッチを有する光モジュールと、
物体の存在を検出する検出器と、
前記物体の存在の検出に応じて前記電気スイッチを制御する制御ユニットとを含む。

検出器は、一般的に物体の存在を介してユーザ入力の事象を検出するように構成される。検出器の種類に依存して、異なる種類のユーザ入力が検出される。例えば、ユーザ入力は、装置へのユーザの接触、特に、装置へのユーザの近接、ユーザにより接触される装置の特定位置へのユーザの近接、例えば所定距離の近接である。物体は、ユーザの指、ペン等であってよい。

光モジュールは、前記物体の存在の検出に応じてユーザへの可視的なフィードバックを可能とする。本発明による光モジュールは、電場の印加時、例えば電気スイッチを介した物質へのある電圧差の印加時にその可視的状態を変化する物質の層を含む。例えば、電気スイッチは、物質への電圧差の印加に対して、物質の層の両側の２つの透明な電極（例えば、酸化インジウム錫、ＩＴＯ，酸化インジウム・酸化亜鉛、ＩＺＯ）を含む。かかる光モジュールは、例えば公知のＬＣＤやＣＲＴディスプレイよりも遥かに安価である。

層は、例えば、ＰＤＬＣ（ポリマー分散液晶）、ポリマーネットワーク液晶若しくは液晶ゲルに基づく、散乱する物質であってよい。物質は、その可視状態を、透明状態から散乱状態へ、若しくはその逆に、散乱状態から透明状態へと変化してもよい。用語“散乱”は、光がランダムな方向に方向付けられることを意味する。散乱層に方向付けられた周辺光の部分は、拡散反射により部分的に反射される。周辺光は、装置が配置される部屋内の太陽光やランプであってよい。散乱層は、散乱層の背後の物体を隠すことを可能とする。“An image display apparatus”と題された本願出願人による欧州特許出願番号０５１０９１４８は、光モジュールが例えばＴＶスクリーンであるディスプレイスクリーンを隠すために使用されることができることを開示する。散乱層及び電気スイッチに加えて、光モジュールは、また、周辺光の反射を改善するために、例えばディスプレイスクリーンと散乱層の間に、反射層を含む。本願出願人による欧州特許出願番号０５１０９１４８は、本発明で使用されてもよい光モジュール（電子光学式スイッチ）を開示する。反射層は、散乱層のアドレッシングストリップの多重比（マルチプレクシングレシオ）を増加するために光モジュールに付加される。

可視的状態の１つでは、電極間の電圧差は、不必要なエネルギ消費を避けるために最小化されてもよい。好ましくは、光モジュールは、最小の電圧が印加される物質の可視的状態が、光モジュールがアクティブに使用されていないときの状況に対して望まれるように透明又は不透明に対応するように、設計される。より高い電圧差が印加されるときの物質の他の可視的な状態は、光モジュールがアクティブに使用されるとき、例えば装置とのユーザ対話が検出されたときに、トリガされる。

本発明によれば、装置へのユーザ入力は、物体の存在を介して検出される。ユーザ対話インターフェースを生成するため、装置は、ユーザの入力に反応するように構成される。ユーザへの装置のフィードバックは、物質、例えば光学的に散乱する物質の可視的状態の変化を含む。この目的のため、装置は、物体の存在の検出に応じて電気スイッチを介して物質の可視的状態の変化をトリガする制御ユニットを含む。それ故に、検出器及び光モジュールは、如何なる付加的なディスプレイ装置を必要とせずに、アクティブ型のユーザ対話インターフェースを生成するために組み合わせられる。

効果的には、検出器及び電気スイッチは、ユーザ入力を検出するために統合され、装置の複雑性及びコストが低減される。かかる統合は、例えば電気スイッチの電極の１つを電極へのユーザの接触をセンシングする抵抗センサとして用いることによって、達成されてもよい。電気スイッチの電極は、物質がその可視的状態を変化するレベルよりも電極の電圧差が低いときに、接触感応モードで動作し、同電圧差が同レベルよりも高いときに可視的なスイッチングモードで動作してもよい。例えば、電気スイッチは、接触感応モードで先ず動作してもよい。接触の検出時に、電気スイッチは、可視的なスイッチングモードで動作してもよい。

本発明のシステムは、ユーザ対話装置、及び、例えばＬＣＤやＣＲＴディスプレイであるディスプレイ装置を含む。

本発明のユーザ対話方法は、第１の可視状態と第２の可視状態の間で電気的に切替可能である物質の層、及び、前記第１の可視状態と第２の可視状態の間で前記物質を電気的に切り替える電気スイッチを有する光モジュールを用いるステップと、
物体の存在を検出するステップと、
前記物体の存在の検出に応じて前記電気スイッチを制御するステップとを含む。

本方法は、本発明の装置の動作を記述する。

本発明のこれらと他の局面は、以下で、添付の図面を参照して、例示により、更に説明及び開示される。

簡略化及び明瞭化のため、本発明の装置の同一若しくは対応する要素及び構成は、全図において同一の参照符号を有する。

（接触）感応表面へのユーザの指又はペンの接触（タッチ）ないし近接を検出する方法は数多く知られている。これらの公知の方法のうち、主要なセンシング技術は、抵抗性、容量性及び表面音波である。これらの主要な技術は、センシングパネル及びコントローラを含む組立体を提供する。タッチフレームは、典型的には、ディスプレイ上に搭載される。

図１は、抵抗技術によるタッチスクリーンパネル組立体の一例を示す。ハウジング１００内の組立体は、タッチパネル１１０、ＬＣＤディスプレイ１８０及びコントローラ１９０を含む。

タッチパネルは、耐磨耗性の化学抵抗フィルム１ａと、第１の透明な伝導性コーティング１ｂと、基板２ａ及び第２の透明な伝導性コーティング２ｂを有する支持層とを含む。フィルム１ａは、例えば光グレードポリマーフィルムである、透明なプラスティックフィルムのような柔軟な材料から生成されてもよい。基板２ａは、例えばガラス及び／又はポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネートである、透明な材料から生成されてもよい。コーティング１ａ，１ｂは、（半）透明の金属、例えばスパッタされた酸化インジウム錫（ＩＴＯ）の薄い層であってよい。柔軟な層及び支持層は、例えば透明なスペーサードットないしビード３である絶縁弾性スペーサにより分離される。接着剤は、柔軟な層及び支持層の間の縁部に追加的に塗布されてもよい。これらの層は、また、ガスケットにより分離されてもよい。

動作時、一方の縁部から他方の対向する縁部への線形の電圧降下は、コーティング１ｂ若しくは２ｂの一方に印加されてもよい。他方の対向する電極は、電圧降下が印加される電極への電圧プローブとして使用される。柔軟な層が接触により押圧されるとき、コーティング１ｂ若しくは２ｂは互いに接触して電気回路を形成し、接触された位置にて、電圧プローブとして機能する電極を介して電圧が検出され、コントローラ１９０へと処理のために伝送される。

更に、コントローラ１９０は、Ａ／Ｄ変換器と、電圧をＸ及びＹの接触位置に変換する論理回路とを含んでよい。電圧プローブを介して測定された電圧は、接触された位置座標に比例する。接触のＸ及びＹ座標を算出するため、電圧は、コーティング１ａ，１ｂに代替的に印加されてもよい。例えば、コーティングの一方で測定された第１の電圧は、Ｘ座標に変換される。線形的な電圧降下は、次いで、Ｙ座標を得るために、前の電圧降下方向に直角な方向で、他方のコーティングに印加される。抵抗技術は、手袋をはめた手を含む、任意のペン（スタイラス）で作動する点が長所である。

コーティング１ｂ若しくは２ａは、他方のコーティングの伝導性ストリップに直角に複数の平行な伝導性ストリップを有してよい。伝導性ストリップは、例えばＩＴＯ材料若しくは伝導性インクからであってよい。

容量性センシング技術は、電気エネルギ源に接続される例えばＩＴＯである伝導性材料でコーティングされた、例えばガラスからのタッチパネルで実現されてもよい。ユーザがタッチパネルに触れるとき、ユーザの体のキャパシタンスは、キャパシタ場の特性に変化を起こすことができる。例えばタッチパネルの角に配置される、電子回路は、歪を測定する。接触のＸ及びＹ座標は、測定された歪から算出されてもよい。容量性接触技術は、ペンや手袋をはめた手ではなく生の指による接触を検出するのに良好に機能する。しかし、ペンは、例えば共振コイルを備える場合には、検出される。タッチパネルがディスプレイと共に使用される場合、キャパシタンスセンシングコーティングは、ディスプレイの可視性を改善するためにディスプレイの背後に設けられてよい。

表面音波技術は、一方の縁部から他方の縁部までタッチパネルの表面に沿って伝播する例えば超音波である不可聴音を使用する。波は、タッチパネルの表面に沿って分散して伝播される。波は、最終的な異なる経路長に起因して、センサ側に時系列で到達する。この際、接触座標は、時間遅れに比例し、即ち、波を発射してから波をセンサ側で受けるまでの遅れに比例する。表面が接触されるとき、接触位置を通って伝播する波は、そのエネルギが部分的に減衰される。この減衰が検出され、対応する時間遅れが記録され、接触座標位置へと変換される。

本発明によれば、物体の存在を検出する検出器が、ユーザ対話装置において用いられる。検出器は、上述のような抵抗技術、容量性技術や表面音波技術の原理に基づいてユーザ若しくはペンのような物体の接触ないし近接を検出するように構成されてもよい。

ユーザへのフィードバックを生成するため、本発明のユーザ対話装置は、可視的な応答を提供する光ユニットと、ユーザの入力の検出に応じて可視的な応答をトリガする制御ユニットとを更に含む。

図２は、本発明の一実施例を示す。この実施例では、装置２００は、光ユニット２１０、制御ユニット２９０、及び、任意の要素としてのディスプレイ２８０を含む。光ユニット２１０は、電場を印加することによりその可視的な状態が切り替えられるのに適した例えば偏光子である物質の層５と、第１と第２の可視的状態の間で物質を電気的に切り替えるための例えば電極６ａ，６ｂである電気スイッチとを含んでよい。光ユニット２１０は、例えばガラスやプラスティックである例えば絶縁材料から生成される基板７を備えてもよい。

電気的に切替可能な物質の層５の一例は、周辺光源２２０からの例えば日光である周辺光の少なくとも一部を、ランダムに方向付けし選択的に反射するように構成された散乱層である。異なる種類の物質が、層５を形成するために使用されてもよい。例えば、透明状態と不透明状態を有する物質が使用されてもよく、これは、隠ぺい効果の観点からディスプレイ２８０との組み合わせで特に有用である。物質が透明な状態を有する場合、電極６ａ，６ｂは、好ましくは、例えばＩＴＯやＩＺＯである透明な伝導性材料から生成される。層５の物質は、例えば、ある条件及び印加された電場に依存して、拡散反射状態、鏡面反射状態、散乱状態及び透明状態の間で切替可能なコレステリック液晶に基づくことができる。また、２つの異なる不透明状態間若しくは多数のグレースケールの可視状態間で電気的に切替可能な物質を備える層５を使用することも可能である。

層５は、また、例えば散乱層へと、周辺光を反射して戻す反射層５ａを備えてもよい。反射層５ａは、例えば、“An image display apparatus”と題された欧州特許出願番号０５１０９１４８に詳細に開示されるような、反射性偏光子や、それぞれの偏光方向に対して異なる挙動を有する散乱偏光子である、偏光子に基づくものであってよい。反射層５ａは、例えば基板７とディスプレイ２８０の間に、層５の外側に配置されてもよい。

装置２００は、例えば簡易な電導性素子で実現される、抵抗技術により物体の存在を検出する検出器を含む。ユーザが素子に触れるとき、制御ユニットは、例えば素子のインピーダンスの変化を記録しうる。インピーダンスの変化は、ユーザが装置と対話していることを表すことができる。電導性素子は、光モジュール２１０から分離して設けられてよい。しかし、電導性素子が光モジュールと組和せられるとき、より簡易でより効率的な装置の構成が達成される。例えば、電気スイッチの電極６ａは、検出器として機能するように構成される。

図２の実施例では、電極６ａ，６ｂは、制御ユニット２９０のアダプタ２９０ａに結合される。アダプタ２９０ａは、電極に必要な電圧を印加するように構成される。接触感応モードでは、電極６ａ，６ｂ間の電圧差は、光モジュール２１０の可視的状態間で切り替えるためには不十分であってよいが、電極６ａにおけるインピーダンスの変化を検出するには十分である。応答時、コントローラ２９０ｂは、アダプタをトリガして、電極６ａ，６ｂ間の電圧差を変更させ、従って、層５の物質は、一の可視的状態から他の可視的状態へと切り替る。

コントローラ２９０ｂは、ここで説明するような装置の動作を可能とし本発明を実現するように適切に構成されるデータ処理ユニットとして実現されてもよい。アダプタ２９０ａは、層５に必要とされる電圧を供給する電気回路及び電気エネルギ供給手段を含んでよい。

電気スイッチの電極６ｂは、例えば、本願出願人の欧州特許出願番号０５１０９１４８に開示されるように、対応する電極のパッシブマトリックス型のアドレス指定により、可視的状態間で層５のそれぞれの部位を切り替える１つ以上のパターンの駆動電極を含んでよい。パターンは、マルチ機能ディスプレイを生成するために別々の電極層に配置されてもよい。

好ましくは、反射層５ａは、電導性材料を含んでよい。反射層は、容量性センシング技術により物体の近接を検出するように構成されてもよい。

図３は、主に物体の存在の検出用の手段に関して図２に示される装置２００と異なる装置３００を示す。装置３００は、追加的に、フィルム１１ａ及び伝導性コーティング１１ｂを有する柔軟な層を含む。フィルム１ａは、例えば光グレードポリマーフィルムである、柔軟で、任意的には透明な材料から生成されてもよい。伝導性コーティングは、透明であってもよく、例えばスパッタされたＩＴＯ材料から生成されてもよい。柔軟な層及び電極６ａは、例えば透明なスペーサードット若しくはビードである、絶縁弾性スペーサ１２により分離される。

尚、図３の各要素の構成は、図示されたものと異なってもよい。例えば、フィルム１１ａは、硬い基板であることができる一方、電極６ａ，６ｂ及び物質の層５は柔軟である。層５内の所定位置に物質を維持するために、その他の支持層（図示せず）が、電極６ａと層５の間に設けられてよい一方、物質は電気的に切替可能なままである。

接触感応モードでは、制御ユニット３９０のアダプタ３９０ａは、コーティング１１ｂに電圧を供給するように構成される。ユーザが指やペンで柔軟な層に触れるとき、コーティング１１ｂは電極６ａと接触し、電気回路が生成される。電気的な接触は、アダプタをトリガして、制御ユニット３９０のコントローラ３９０ｂに信号を通信させる。制御ユニットは、一の可視的状態から他の可視的状態へと物質の層５を切り替えるために電極６ａ，６ｂに電圧を印加するようにアダプタを制御するように構成されてもよい。コーティング１１ｂ及電極６ａに印加される電圧レベルは、個別の実現に依存して、選択される。

検出器は、例えばコーティング１１ｂ及び／又は電極６ａの抵抗を測定することによって、接触の位置を検出するように構成されてもよい。例えば、コントローラ３９０ｂは、例えばＸ座標である１つの座標を算出するためのプローブとして電極６ａを用いて、コーティング１１ｂの縁部の一方と接触のポイントの間のインピーダンスを先ず測定するように構成されてもよい。次いで、インピーダンスは、電極６ｂをプローブとして用いて、電極６ａの、他の座標が算出されたときに選択された側に直角な側と、接触のポイントとの間で再度測定される。例えば、電極６ａの全抵抗Ｒが、０＜Ａ＜１の下、（Ａ＊Ｒ＋（１−Ａ）＊Ｒ）であり、パラメータＡが接触位置に依存する場合、接触位置は測定値を用いて算出することが可能である。

応用型の実施例では、コントローラ３９０ｂは、算出された位置に応答する光ディスプレイとして電極のパターンを駆動するようにアダプタ３９０ａを制御するように構成される。例えば、装置３００が体積制御ストリップの形態であり、ユーザがストリップに中間に触れるとき、ストリップの半分は、体積が対応して設定されることをユーザが知るように示される。

ディスプレイ２８０は任意である。装置３００は、ディスプレイスクリーンでない任意の表面に搭載されてもよい。例えば、装置３００は、ガラス若しくはプラスティックが基板７として機能してもよい窓内に埋設されてもよい。かかる窓は、運転者が制御のために前の窓に触れることができる車両や、重厚な別のディスプレイが必要とされないＡＴＭのような公共の端末等において効果的であるだろう。

層５の物質は、その可視的状態の１つが周辺色に適合し若しくは依存するように選択されてもよい。例えば、物質は、装置が灰色のハウジングを有するＴＶディスプレイ２８０上に重ね合わせられるとき、透明状態と灰色の間で切り替ってよい。ＴＶが電源オフにされるとき、装置は灰色を有し、ユーザがＴＶを見ているとき、層５は透明である。

本発明の一実施例では、装置は、物体の圧力を測定するように構成される。例えば、装置２００の電極６ａ上の指若しくはペンの圧力が測定される。圧力を測定するよう構成された検出器は、米国特許５，５１０，８１３号から知られるような態様で実現されてもよい。接触の圧力を測定する知られた方法では、装置の支持手段は、印加された接触圧に応じて伝導性パネル間の狭まりを起こすように構成される。パネル間の狭くなった距離は、電気的な容量の変化を生む。圧力は、測定されたキャパシタンスから算出される。

図４は、本発明の方法の一実施例を示す。本方法は、ユーザフィードバック手段として、層５と電気スイッチを備える光モジュールを用いるステップ４１０を含む。ステップ４２０では、物体の存在は、図２及び３を参照して説明したような検出器により検出される。ステップ４３０では、電気スイッチは、検出されたユーザの対話に応答して、可視的なフィードバックがユーザに付与されるように、制御される。本方法の更なる実施例は、図２及び３に示す装置に関して説明されたように導出されてもよい。

説明した実施例の変形及び修正は、発明的な概念の範囲内で可能である。例えば、本発明によるシステムは、ディスプレイスクリーン１８０若しくは２８０を持たない単一の装置において別々に実現されてもよい。

装置は、テレビジョンセット（ＴＶセット）、ＶＣＲ，ＤＶＤ若しくはＨＤＤレコーダ、ホームシネマシステム、携帯型ＣＤプレイヤ、iProntoリモートコントロールのような遠隔制御装置、携帯電話等のような、種々の家庭用電子機器に組み込まれてよい。

抵抗センシング技術によるタッチスクリーンの機能ブロック図。 電気スイッチの１つの電極がユーザの接触を検出するために用いられる、本発明による装置の一実施例の機能ブロック図。 電気スイッチの１つの電極がユーザの接触の位置を検出するために用いることができる、本発明による装置の一実施例の機能ブロック図。 本発明の方法の一実施例を示す図。

Claims (15)

1. ユーザ対話装置であって、
   第１の可視状態と第２の可視状態の間で電気的に切替可能である物質の層、及び、前記第１の可視状態と第２の可視状態の間で前記物質を電気的に切り替える電気スイッチを有する光モジュールと、
   物体の存在を検出する検出器と、
   前記物体の存在の検出に応じて前記電気スイッチを制御する制御ユニットとを含む、装置。
2. 前記電気スイッチと前記検出器は、物体の存在を検出するために統合される、請求項１に記載の装置。
3. 前記電気スイッチは、前記物質の層の両側の２つの電極を含み、該電極の１つは、前記物体の存在を検出するために使用される、請求項２に記載の装置。
4. 前記層は、周辺光の一部を散乱させる散乱層を含む、請求項１に記載の装置。
5. 前記散乱層は、液晶とポリマーの複合材を含む、請求項４に記載の装置。
6. 前記散乱層に向けて、前記散乱された周辺光の部分を反射する反射層を更に含む、請求項４又は５に記載の装置。
7. 前記検出器は、圧力を測定するように構成される、請求項１に記載の装置。
8. 前記検出器は、接触位置を検出するように構成される、請求項１に記載の装置。
9. 前記層は、透明である前記第１の可視状態と第２の可視状態を有する、請求項１に記載の装置。
10. 前記層は、周辺色に対応する前記第１の可視状態と第２の可視状態を有する、請求項１に記載の装置。
11. 前記検出器は、透明な伝導性材料を含む、請求項１に記載の装置。
12. 前記電気スイッチは、前記第１の可視状態と第２の可視状態の間で前記物質の層の一部を選択的に切り替える複数の電極を含む、請求項１〜１１のうちのいずれか１項に記載の装置。
13. 請求項１〜１２のうちのいずれか１項に記載のユーザ対話装置と、ディスプレイ装置とを含むシステム。
14. 前記ユーザ対話装置は、前記ユーザ対話装置を通って表示する前記ディスプレイ装置上に設けられる、請求項１３に記載のシステム。
15. ユーザ対話方法であって、
    第１の可視状態と第２の可視状態の間で電気的に切替可能である物質の層、及び、前記第１の可視状態と第２の可視状態の間で前記物質を電気的に切り替える電気スイッチを有する光モジュールを用いるステップと、
    物体の存在を検出するステップと、
    前記物体の存在の検出に応じて前記電気スイッチを制御するステップとを含む、方法。

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