專利名稱：接收觸摸輸入的裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及觸摸屏，尤其涉及具有相對較少的部件的紅外式觸摸屏，減少了邊框 (bezel)尺寸和/或降低了成本。然而，應(yīng)該明白的是，本發(fā)明并不限于該特定的應(yīng)用領(lǐng)域。
相關(guān)申請
本發(fā)明要求享有來自澳大利亞的臨時專利申請?zhí)枮?009905626和2010902780的優(yōu)先權(quán)，以及來自美國的臨時專利申請?zhí)枮?1/347330的優(yōu)先權(quán)，其內(nèi)容已通過引用包含在此。
背景技術(shù)：
下面關(guān)于現(xiàn)有技術(shù)的討論是為了將本發(fā)明置于合適的技術(shù)背景中，并使得本發(fā)明的優(yōu)勢能夠更充分地理解。然而，應(yīng)當(dāng)理解的是，在整個說明書中關(guān)于現(xiàn)有技術(shù)的任何討論都不應(yīng)被理解為明確地或暗示地承認(rèn)這樣的現(xiàn)有技術(shù)在本領(lǐng)域內(nèi)是公知的或形成了公知常識的一部分。
基于觸摸傳感的輸入設(shè)備(這里指的是不考慮輸入?yún)^(qū)域是否與顯示屏相對應(yīng)的觸摸屏)一直被用于電子設(shè)備，例如計算機，個人數(shù)字助理(PDA)，手持型游戲機以及報攤銷售點，如今又出現(xiàn)在其他便攜式消費電子設(shè)備例如移動電話上。通常，觸摸使能的設(shè)備允許用戶通過觸摸一個或多個圖形元件(例如呈現(xiàn)在顯示屏上的圖標(biāo)或虛擬鍵盤的按鍵)，或者通過在顯示屏或pad上書寫，來與設(shè)備進行交互。一些觸摸傳感技術(shù)是已知的，包括電阻式， 表面電容式，投射電容式，表面聲波式，光學(xué)和紅外式，所有這些技術(shù)都在某方面具有優(yōu)點和缺點，例如成本，可靠性，強光下觀察的舒適度，感知觸摸物體(例如手指，戴手套的手指或尖筆)的不同類型的能力，以及單點觸摸或多點觸摸能力。最常見的方式是使用一層柔韌的電阻式覆蓋層，盡管該覆蓋層容易被損壞，會導(dǎo)致刺眼問題，且容易使位于下面的屏幕變得暗淡，而需要使用額外的功率來彌補這樣的暗淡。電阻式設(shè)備還可能對濕度敏感，且電阻式覆蓋層的成本由周長的平方?jīng)Q定。另一種方式是電容式觸摸屏，其也需要一層覆蓋層。 在這種情況中，覆蓋層通常更耐用，但是刺眼和暗淡的問題依然存在。
在通常被稱為“紅外”觸摸的另外一種常見方式中，在顯示屏的前方建立起光束矩陣(通常但不一定在紅外線中)，通過一個或多個光束的中斷來檢測觸摸。如圖I所示，在例如美國專利US 3，478，220和US 3，673，327中描述的最早期形式的紅外式觸摸屏2，包括沿著矩形輸入?yún)^(qū)域6的兩個相鄰的側(cè)面的離散光源(例如LED)陣列4，該離散光源陣列4朝向?qū)γ娴难刂撦斎雲(yún)^(qū)域的另外兩個側(cè)面的光電檢測器陣列10發(fā)出兩組平行光束8。如果在輸入?yún)^(qū)域內(nèi)的觸摸物體12阻擋了兩條軸線中每條軸線中的至少一束光束的主要部分，則該觸摸物體12的位置將很容易被確定。
如圖2所示，在美國專利號5，914，709的專利中描述了一種不同的紅外式觸摸屏 14，其大大減少了光電子部件的數(shù)量(并因此降低了部件成本)，由集成在L型基板18上的 “發(fā)射”光波導(dǎo)陣列16代替了光源陣列，該“發(fā)射”光波導(dǎo)陣列16通過I XN分路器20將來自單一光源4的光進行分發(fā)，以產(chǎn)生網(wǎng)格狀光束8，由集成在另一塊L型基板24上的“接收”光波導(dǎo)陣列22代替了光電檢測器陣列，該“接收”光波導(dǎo)陣列22收集光束，并將收集到的光束引導(dǎo)至檢測器陣列26 (例如線陣相機或數(shù)碼相機芯片)。每個發(fā)射光波導(dǎo)包括同平面式透鏡28，同樣的，每個接收光波導(dǎo)包括同平面式透鏡29，用以準(zhǔn)直(collimate)或聚焦信號光在輸入?yún)^(qū)域6的平面上，觸摸屏還可以包含圓柱形曲面垂直準(zhǔn)直透鏡(VCL) 30，用以準(zhǔn)直在平面外方向上的信號光。如圖I的觸摸屏2中所示，觸摸物體位于每條軸線上阻擋了光束。為簡單起見，在圖2中，輸入?yún)^(qū)域6的每個側(cè)面僅示出了四個波導(dǎo)；在實際的觸摸屏中， 同平面式透鏡會間隔足夠緊密，以至于最小的可能的觸摸物體將阻擋在每條軸線上的至少一束光束的主要部分。
另一種不同的紅外式觸摸屏31如圖3所示，該紅外式觸摸屏31已在US 2008/0278460A1、名稱為“傳輸主體”的專利中公開，且這里通過引用而被引入，圖2的觸摸屏中的“發(fā)射”波導(dǎo)16以及相關(guān)聯(lián)的同平面式透鏡28被傳輸主體32所取代，該傳輸主體 32包括導(dǎo)光板34以及兩個包含拋物面反射器38的準(zhǔn)直/重定向元件36。來自一對光源4(例如LED)的紅外線40被發(fā)射進導(dǎo)光板，然后由準(zhǔn)直/重定向元件進行準(zhǔn)直 和重定向， 以產(chǎn)生在導(dǎo)光板前面朝向接收波導(dǎo)22傳輸?shù)膬蓚€片光42。根據(jù)片光(light sheet)被觸摸物體阻擋的那些部分，來檢測觸摸事件，并確定觸摸的位置和大小。顯然，導(dǎo)光板34需要對光源4發(fā)出的紅外線40是透明的，而且，如果存在置于下方的顯示屏(未示出)，導(dǎo)光板34 還需要對可見光透明?？蛇x地，顯示屏可以位于導(dǎo)光板和片光之間，在這種情況中導(dǎo)光板不需要對可見光透明。
與圖I所示的“離散部件”觸摸屏相比，圖2和圖3所示的觸摸屏還通過在接收側(cè)使用波導(dǎo)而提供增強的空間分辨率。解釋如下，只有在角度的很窄的范圍內(nèi)傳播的光線將通過每個同平面式透鏡29被聚焦到該同平面式透鏡29相關(guān)聯(lián)的波導(dǎo)內(nèi)，而其他光線則被拒絕。
圖I、圖2和圖3所示的紅外式觸摸屏的共同方面在于，存在著圍繞輸入?yún)^(qū)域6的所有四個側(cè)面的部件，該輸入?yún)^(qū)域6通常與顯示屏一致。無論這些部件是圖I設(shè)備中的光源陣列4和光電檢測器陣列10，還是圖2設(shè)備中的波導(dǎo)基板18，24，還是圖3設(shè)備中的波導(dǎo)基板24和拋物面反射器38，它們的存在限制了邊框可以被制造得多窄。應(yīng)該明白的是，在所有四個側(cè)面上相關(guān)聯(lián)的“邊框?qū)挾取毕拗屏嗽诮o定的消費電子設(shè)備內(nèi)的有效顯示尺寸，而這可能成為諸如手機之類的小型設(shè)備的重要限制。過多的邊框?qū)挾冗€可能在現(xiàn)有設(shè)備設(shè)計內(nèi)在結(jié)合紅外觸摸的附加功能時出現(xiàn)問題。而且，應(yīng)該明白的是，部件遍布顯示屏的所有側(cè)面，還將增加部件相關(guān)聯(lián)的成本以及額外的裝配和制造成本。
發(fā)明目的
本發(fā)明的一個目的是克服或改善現(xiàn)有技術(shù)的至少一個缺陷，或提供有幫助的替代方案。本發(fā)明優(yōu)選形式的一個目的是提供一種至少在輸入?yún)^(qū)域的兩個側(cè)面上減少了邊框?qū)挾鹊募t外式觸摸屏。本發(fā)明優(yōu)選形式的另一個目的是提供一種具有更少的部件，以減少材料清單以及產(chǎn)品裝配和制造的成本的紅外式觸摸屏。發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)第一方面，本發(fā)明提供了一種輸入設(shè)備，包括
輸入?yún)^(qū)域，適用于將觸摸輸入接收到所述輸入設(shè)備；
發(fā)射系統(tǒng)，適用于從所述輸入?yún)^(qū)域的第一側(cè)面發(fā)射多個能量光束；
沿所述輸入?yún)^(qū)域的第二側(cè)面配置的檢測系統(tǒng)，適用于在所述光束經(jīng)過所述輸入?yún)^(qū)域后，測量所述多個能量光束的強度分布，所述第二側(cè)面與所述第一側(cè)面相對；和
可操作性地連接到所述檢測系統(tǒng)的分析器，適用于分析所述強度分布，并沿著所述第一側(cè)面和第二側(cè)面之間的坐標(biāo)軸確定所述物體的位置。
優(yōu)選的，多個能量光束是大體為平面形式的基本上準(zhǔn)直的信號。優(yōu)選的，能量光束包括紅外線或可見光。優(yōu)選的，分析器進一步適用于分析所述強度分布，以沿第二坐標(biāo)軸確定所述物體的位置，所述第二坐標(biāo)軸與所述第一側(cè)面和第二側(cè)面之間的所述坐標(biāo)軸成直角。
優(yōu)選的，與所述第一側(cè)面(或第二側(cè)面)相鄰的所述輸入?yún)^(qū)域的側(cè)面沒有發(fā)射系統(tǒng)或檢測系統(tǒng)。在本實施例中，輸入設(shè)備在第一側(cè)面和第二側(cè)面上包含或?qū)嵸|(zhì)包含互相相對的發(fā)射和檢測系統(tǒng)，其余的側(cè)面(第三和第四側(cè)面)實質(zhì)上沒有任何發(fā)射/檢測系統(tǒng)，因而將在第三和第四側(cè)面上的邊框?qū)挾冉档搅俗畹汀?yīng)該明白的是，第三和第四側(cè)面沒有任何發(fā)射或接收陣列。
根據(jù)第二方面，本發(fā)明提供了一種用于確定物體在輸入?yún)^(qū)域內(nèi)的位置的方法，所述方法包括以下步驟
從所述輸入?yún)^(qū)域的第一側(cè)面向所述輸入?yún)^(qū)域的第二相對側(cè)面發(fā)射多個能量光束；
在所述能量光束經(jīng)過所述輸入?yún)^(qū)域后，測量所述多個能量光束的強度分布；和
分析所述強度分布，以沿所述第一側(cè)面和第二側(cè)面之間的坐標(biāo)軸確定所述物體的位置。
優(yōu)選的，輸入設(shè)備在第一側(cè)面和第二側(cè)面上實質(zhì)包含互相相對的發(fā)射和檢測系統(tǒng)，其余的側(cè)面(第三和第四側(cè)面)實質(zhì)上沒有任何發(fā)射/檢測系統(tǒng)，因而將在第三和第四側(cè)面上的邊框?qū)挾冉档搅俗畹汀?br> 根據(jù)第三方面，本發(fā)明提供了一種輸入設(shè)備，包括
輸入?yún)^(qū)域，適用于將觸摸輸入接收到所述輸入設(shè)備；
發(fā)射系統(tǒng)，適用于從所述輸入?yún)^(qū)域的第一側(cè)面發(fā)射多個能量光束；
沿所述輸入?yún)^(qū)域的第二側(cè)面配置的檢測系統(tǒng)，適用于在所述光束經(jīng)過所述輸入?yún)^(qū)域后，測量所述多個能量光束的強度分布，所述第二側(cè)面與所述第一側(cè)面相對；和
可操作性地連接到所述檢測系統(tǒng)的分析器，適用于分析所述強度分布，其中，物體在所述輸入?yún)^(qū)域內(nèi)的出現(xiàn)將引起所述強度分布的變化，所述分析器適用于通過分析所述變化來沿所述第一側(cè)面和第二側(cè)面之間的坐標(biāo)軸確定所述物體的位置。
優(yōu)選的，該變化包括所述強度分布中強度減少的區(qū)域。優(yōu)選的，分析器適用于確定在所述強度減少的區(qū)域內(nèi)在一個或多個位置的梯度，由此確定物體與所述輸入?yún)^(qū)域的第二側(cè)面之間的距離。在優(yōu)選形式中，梯度的量值(magnitude)隨著物體與輸入?yún)^(qū)域的第二側(cè)面之間的距離增加而降低。
在一個實施例中，發(fā)射系統(tǒng)包括光源；適用于接收、限制和發(fā)射平面形式光信號的傳輸元件；適用于基本上準(zhǔn)直光信號的準(zhǔn)直元件；適用于對光信號進行重定向的重定向元件，其中，所述傳輸、準(zhǔn)直和重定向元件被設(shè)置為接收來自所述光源的光信號，并發(fā)射、準(zhǔn)直和重定向所述光信號，以產(chǎn)生所述多個能量光束作為大體為平面形式的基本上準(zhǔn)直的信號。
在另一實施例中，發(fā)射系統(tǒng)包括光源；沿所述輸入?yún)^(qū)域的所述第一側(cè)面布置的發(fā)射光波導(dǎo)陣列，適用于將來自所述光源的光引導(dǎo)至所述第一側(cè)面，以產(chǎn)生所述多個能量光束。
優(yōu)選的，檢測系統(tǒng)包括沿所述第二側(cè)面布置的光波導(dǎo)陣列，適用于接收所述多個能量光束的部分，并引導(dǎo)所述部分至檢測器陣列。
在優(yōu)選實施例中，分析器進一步適用于分析強度分布，以沿第二坐標(biāo)軸確定所述物體的位置，該第二坐標(biāo)軸與所述第一側(cè)面和第二側(cè)面之間的所述坐標(biāo)軸成直角。
優(yōu)選的，輸入設(shè)備在第一側(cè)面和第二側(cè)面上實質(zhì)包含互相相對的發(fā)射和檢測系統(tǒng)，其余的側(cè)面(第三和第四側(cè)面)實質(zhì)上沒有任何發(fā)射/檢測系統(tǒng)，因而將在第三和第四側(cè)面上的邊框?qū)挾冉档搅俗畹汀?br> 根據(jù)第四方面，本發(fā)明提供了一種用于確定物體在輸入?yún)^(qū)域內(nèi)的位置的方法，所述方法包括以下步驟
從所述輸入?yún)^(qū)域的第一側(cè)面向所述輸入?yún)^(qū)域的第二相對側(cè)面投射多個能量光束；
在所述光束已經(jīng)經(jīng)過所述輸入?yún)^(qū)域后，測量所述多個能量光束的強度分布；
分析所述強度分布，以確定所述強度分布的變化，該變化表明物體在所述輸入?yún)^(qū)域內(nèi)的出現(xiàn)；
計算所述強度分布的所述變化的參數(shù)；利用所述參數(shù)沿所述第一側(cè)面和第二側(cè)面之間的坐標(biāo)軸確定所述物體的位置。
應(yīng)該明白的是，對紅外觸摸來說，所述強度分布的變化包括強度減少的區(qū)域。優(yōu)選的，參數(shù)包括在強度減少的區(qū)域內(nèi)在一個或多個位置測量的梯度。在優(yōu)選形式中，梯度的量值隨著物體與輸入?yún)^(qū)域的第二側(cè)面之間的距離增加而降低。
優(yōu)選的，多個能量光束是大體為平面形式的基本上準(zhǔn)直的信號。
在另外的實施例中，該方法進一步包括分析所述強度分布，以沿第二坐標(biāo)軸確定所述物體的位置的步驟，所述第二坐標(biāo)軸與所述第一側(cè)面和第二側(cè)面之間的所述坐標(biāo)軸成直角。
優(yōu)選的，輸入設(shè)備在第一側(cè)面和第二側(cè)面上實質(zhì)包含互相相對的發(fā)射和檢測系統(tǒng)，其余的側(cè)面(第三和第四側(cè)面)實質(zhì)上沒有任何發(fā)射/檢測系統(tǒng)，因而將在第三和第四側(cè)面上的邊框?qū)挾冉档搅俗畹汀?br> 根據(jù)第五方面，本發(fā)明提供了一種輸入設(shè)備，包括
輸入?yún)^(qū)域，適用于將觸摸輸入接收到所述輸入設(shè)備；
發(fā)射系統(tǒng)，適用于發(fā)射經(jīng)過所述輸入?yún)^(qū)域的第一和第二多個能量光束，所述第一和第二多個能量光束在所述輸入?yún)^(qū)域的第一和第二側(cè)面之間沿第一和第二方向傳播，所述第一和第二方向相互之間成一個角度；
檢測系統(tǒng)，適用于在所述能量光束經(jīng)過所述輸入?yún)^(qū)域后，測量所述第一和第二多個能量光束的強度分布；以及
可操作性地連接到所述檢測系統(tǒng)的分析器，適用于分析所述強度分布，其中，物體9在所述輸入?yún)^(qū)域內(nèi)的出現(xiàn)將引起所述強度分布的變化，所述分析器適用于通過分析所述變化沿所述第一側(cè)面和第二側(cè)面之間的坐標(biāo)軸確定所述物體的位置。
優(yōu)選的，發(fā)射系統(tǒng)適用于從所述輸入?yún)^(qū)域的所述第一側(cè)面發(fā)射所述第一和第二多個能量光束，所述檢測系統(tǒng)沿所述輸入?yún)^(qū)域的所述第二側(cè)面布置。
優(yōu)選的，檢測系統(tǒng)包括沿所述第二側(cè)面布置的第一光波導(dǎo)陣列，適用于接收所述第一多個能量光束的部分，并將所述部分引導(dǎo)至檢測器陣列；沿所述第二側(cè)面布置的第二光波導(dǎo)陣列，適用于接收所述第二多個能量光束的部分，并將所述部分引導(dǎo)至檢測器陣列。
優(yōu)選的，每個光波導(dǎo)結(jié)束于同平面式透鏡，該同平面式透鏡適用于將各多個能量光束的部分聚焦到所述波導(dǎo)內(nèi)。
在另一實施例中，檢測系統(tǒng)包括沿所述第二側(cè)面布置的光波導(dǎo)陣列以及相關(guān)聯(lián)的光學(xué)元件，其中，每個光學(xué)元件適用于收集所述第一和第二多個能量光束的部分并將所述部分聚焦到該光學(xué)元件相關(guān)聯(lián)的光波導(dǎo)內(nèi)，用以引導(dǎo)至檢測器陣列。
在一個實施例中，每個光學(xué)元件包括第一和第二聚焦元件，所述第一和第二聚焦元件適用于收集所述第一和第二多個能量光束的各相應(yīng)部分，并將所述部分聚焦到相關(guān)聯(lián)的光波導(dǎo)內(nèi)。
在另一實施例中，每個光學(xué)元件包括聚焦元件和偏轉(zhuǎn)元件,其中，所述聚焦元件和所述偏轉(zhuǎn)元件結(jié)合在一起適用于收集所述第一多個能量光束的一部分，并將這部分聚焦到所述相關(guān)聯(lián)的光波導(dǎo)內(nèi)，所述聚焦元件適用于收集所述第二多個能量光束的一部分，并將這部分聚焦到所述相關(guān)聯(lián)的光波導(dǎo)內(nèi)。
優(yōu)選的，發(fā)射系統(tǒng)包括第一和第二光源以及傳輸主體，所述傳輸主體包括
傳輸元件，適用于接收、限制并發(fā)射平面形式光信號；準(zhǔn)直元件，適用于基本上準(zhǔn)直光信號；重定向元件，適用于重定向光信號，其中
所述傳輸、準(zhǔn)直和重定向元件被設(shè)置為接收來自光源的光信號，并發(fā)射、準(zhǔn)直和重定向所述光信號，以產(chǎn)生大體為平面形式的基本上準(zhǔn)直的信號；和
確定所述第一和第二光源的位置，使得來自所述第一光源的光信號由所述傳輸主體傳輸、準(zhǔn)直并重定向，以產(chǎn)生在所述第一方向傳播的所述第一多個能量光束，來自所述第二光源的光信號由所述傳輸主體傳輸、準(zhǔn)直并重定向，以產(chǎn)生在所述第二方向傳播的所述第二多個能量光束。
在另一優(yōu)選實施例中，發(fā)射系統(tǒng)包括一個光源、光分束兀件以及傳輸主體，所述傳輸主體包括
傳輸元件，適用于接收、限制并發(fā)射平面形式光信號；準(zhǔn)直元件，適用于基本上準(zhǔn)直光信號；重定向元件，適用于重定向光信號，其中
所述傳輸、準(zhǔn)直和重定向元件被設(shè)置為接收來自光源的光信號，并發(fā)射、準(zhǔn)直和重定向所述光信號，以產(chǎn)生大體為平面形式的基本上準(zhǔn)直的信號；
確定所述光源的位置，使得來自所述光源的光信號由所述傳輸主體傳輸、準(zhǔn)直并重定向，以產(chǎn)生基本上準(zhǔn)直的大體為平面的信號；和
確定所述光分束元件的位置，以將所述基本上準(zhǔn)直的大體為平面的信號分裂為所述第一和第二多個能量光束。
光分束兀件優(yōu)選的包括棱鏡膜或相位光罩。
在另一優(yōu)選實施例中，發(fā)射系統(tǒng)包括光源、和沿所述輸入?yún)^(qū)域的所述第一側(cè)面布置的第一和第二發(fā)射光波導(dǎo)陣列，其中，所述第一和第二發(fā)射光波導(dǎo)陣列將來自所述光源的光引導(dǎo)到所述第一側(cè)面以產(chǎn)生所述第一和第二多個能量光束。
在另外的一個優(yōu)選實施例中，發(fā)射系統(tǒng)包括第一和第二光源、和沿所述輸入?yún)^(qū)域的所述第一側(cè)面布置的第一和第二發(fā)射光波導(dǎo)陣列，其中，所述第一發(fā)射光波導(dǎo)陣列將來自所述第一光源的光引導(dǎo)到所述第一側(cè)面以產(chǎn)生所述第一多個能量光束；所述第二發(fā)射光波導(dǎo)陣列將來自所述第二光源的光引導(dǎo)到所述第一側(cè)面以產(chǎn)生所述第二多個能量光束。
優(yōu)選的，所述第一和第二方向之間的角度在5°至30°的范圍內(nèi)。更優(yōu)選的，該角度大約為10°。
優(yōu)選的，通過三角測量來分析變化，以確定所述物體的位置。在優(yōu)選實施例中，分析器進一步適用于分析強度分布，以沿第二坐標(biāo)軸確定所述物體的位置，該第二坐標(biāo)軸與所述第一側(cè)面和第二側(cè)面之間的所述坐標(biāo)軸成直角。
優(yōu)選的，輸入設(shè)備在第一側(cè)面和第二側(cè)面上實質(zhì)包含互相相對的發(fā)射和檢測系統(tǒng)，其余的側(cè)面(第三和第四側(cè)面)實質(zhì)上沒有任何發(fā)射/檢測系統(tǒng)，因而將在第三和第四側(cè)面上的邊框?qū)挾冉档搅俗畹汀?br> 根據(jù)第六方面，本發(fā)明提供了一種用于確定物體在輸入?yún)^(qū)域內(nèi)的位置的方法，所述方法包括以下步驟
將在第一和第二方向上經(jīng)過所述輸入?yún)^(qū)域的第一和第二組能量光束向所述輸入?yún)^(qū)域的第二相對側(cè)面投射，所述第一和第二方向相對于彼此成一個角度；
在所述光束已經(jīng)經(jīng)過所述輸入?yún)^(qū)域后，測量所述第一和第二多個能量光束的強度分布，以確定所述強度分布的變化，該變化表明物體出現(xiàn)在所述輸入?yún)^(qū)域內(nèi)；和
分析所述變化，以沿所述第一側(cè)面和第二側(cè)面之間的坐標(biāo)軸確定所述物體的位置。
優(yōu)選的，輸入設(shè)備在第一側(cè)面和第二側(cè)面上實質(zhì)包含互相相對的發(fā)射和檢測系統(tǒng)，其余的側(cè)面(第三和第四側(cè)面)實質(zhì)上沒有任何發(fā)射/檢測系統(tǒng)，因而將在第三和第四側(cè)面上的邊框?qū)挾冉档搅俗畹汀?br> 根據(jù)第七方面，本發(fā)明提供了一種制品，包括具有被配置為實現(xiàn)根據(jù)第二，第四或第六任一方面的方法的計算機可讀程序代碼的計算機可用介質(zhì)。


現(xiàn)在將參照附圖以舉例方式描述本發(fā)明的優(yōu)選實施例
圖I描述了具有多對光源和檢測器的“離散部件”紅外觸摸屏的平面圖2描述了基于波導(dǎo)的紅外觸摸屏的平面圖3描述了 “導(dǎo)光板”紅外觸摸屏的平面圖4描述了具有基本覆蓋全部寬度的觸摸屏的移動電話的平面圖5A和圖5B根據(jù)本發(fā)明的一個實施例描述了 “導(dǎo)光板”紅外觸摸屏的平面圖和側(cè)視圖6示意性描述了 “導(dǎo)光板”紅外觸摸屏的控制器如何檢測觸摸物體；
圖7A和圖7B描述了對“導(dǎo)光板”紅外觸摸屏來說，與接收波導(dǎo)之間的距離對物體投下的陰影的清晰度的影響；
圖8示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例的基于波導(dǎo)的紅外觸摸屏的平面圖9示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例的離散部件紅外觸摸屏的平面圖10示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例的離散部件紅外觸摸屏的平面圖11示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例的基于波導(dǎo)的紅外觸摸屏的平面圖12A，12B和12C示出了集成光波導(dǎo)陣列的堆疊陣列的三種可能的排列的側(cè)視圖；圖13A和13B示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例的“導(dǎo)光板”紅外觸摸屏的平面圖和側(cè)
視圖;
圖14示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例的“導(dǎo)光板”紅外觸摸屏的側(cè)視圖；圖15A以平面圖描述了將光源遠離拋物面反射器的聚焦軸放置的影響；圖15B以平面圖描述了根據(jù)本發(fā)明的實施例的具有兩個離軸光源的發(fā)射系統(tǒng)；圖15C以平面圖描述了根據(jù)本發(fā)明的實施例的具有一個軸上光源和一個離軸光源的發(fā)射系統(tǒng)；
圖16A以平面圖描述了結(jié)合圖15B的發(fā)射系統(tǒng)的“導(dǎo)光板”紅外觸摸屏；
圖16B以平面圖描述了結(jié)合圖15C的發(fā)射系統(tǒng)的“導(dǎo)光板”紅外觸摸屏；
圖17以平面圖描述了設(shè)計為可適用于接收離軸光束的同平面式透鏡；
圖18以平面圖描述了接收波導(dǎo)配置，其中，相鄰的一對同平面式透鏡饋送至公共的波導(dǎo)內(nèi)；
圖19A和圖19B以平面圖描述了能夠?qū)凑諆蓚€不同方向傳播的光束聚焦到單個波導(dǎo)內(nèi)的光學(xué)兀件；
圖20A以平面圖描述了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的具有光分束元件的發(fā)射系統(tǒng)；
圖20B以平面圖描述了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的具有光分束元件的發(fā)射系統(tǒng)；
圖21以平面圖描述了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的具有一個軸上光源和兩個離軸光源的“導(dǎo)光板”紅外觸摸屏；
圖22以平面圖描述了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的基于波導(dǎo)的紅外觸摸屏；
圖23以平面圖描述了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的基于波導(dǎo)的紅外觸摸屏。
具體實施方式
圖4示出了配置有觸摸屏46、接通/關(guān)斷(on/off)開關(guān)48以及揚聲器50的移動電話44的平面示意圖。這里所示的觸摸屏的一個特有特征在于，在兩個相對的側(cè)面52， 52’上具有最小的邊框?qū)挾?，使該觸摸屏能基本占據(jù)移動電話的全部寬度，增加了有效屏幕區(qū)域，并可能獲得更有美感的外觀。對于沿另外兩個側(cè)面的小邊框?qū)挾鹊男枨蟮膲毫γ黠@降低。在這部分中，描述了紅外觸摸屏(分別如圖1，圖2和圖3所示)的“離散部件”、“基于波導(dǎo)”以及“導(dǎo)光板”形式的一些變化，從而在兩個相對的側(cè)面上具有理想的最小邊框?qū)挾取?br> 圖5A和圖5B描述了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的“導(dǎo)光板”紅外觸摸屏54的平面圖和側(cè)視圖，其包括采用“單軸”傳輸主體56形式的發(fā)射系統(tǒng)，該發(fā)射系統(tǒng)包括導(dǎo)光板 34、包括拋物面反射器38的單個準(zhǔn)直/重定向元件36、以及位于該拋物面反射器焦點處的 LED4 ;采用“接收”光波導(dǎo)陣列22和線陣相機26形式的檢測系統(tǒng)58 ;以及連接到LED和線12陣相機的控制器60。為簡單起見，在后面的有

的實施例中，通常沒有示出控制器， 但控制器將總是存在的。傳輸主體的導(dǎo)光板適用于接收、限制和發(fā)送來自LED的平面形式光信號40，準(zhǔn)直/重定向元件36適用于基本上對光信號進行準(zhǔn)直和并將重定向以產(chǎn)生多個從出射面62射出且基本上準(zhǔn)直的片光(sheet of light)42形式的能量光束。片光在導(dǎo)光板前面?zhèn)鞑?，可能被位于?dǎo)光板的前表面上或接近于導(dǎo)光板的前表面的物體12部分地阻擋。傳播方向平行于拋物面反射器的聚焦軸63，聚焦軸63被設(shè)計成平行于導(dǎo)光板的橫向側(cè)面52，52’，以便片光打到同平面式透鏡陣列29上，且一部分片光被聚焦到接收波導(dǎo)內(nèi)。
在圖5A和圖5B中，傳輸主體56被描述為一整塊,例如可通過注射成型法生產(chǎn)。 然而，正如在上述美國專利US 2008/0278460A1中所解釋的，這并不是必須的，在一些情況中，可能更希望將傳輸主體提供為兩塊(例如導(dǎo)光板和分離的準(zhǔn)直/重定向元件)，甚至為三塊，然后在裝配期間將它們組合在一起。這一點還適用于本說明書中描述的所有其他的“導(dǎo)光板”紅外觸摸屏。另外，導(dǎo)光板可以位于顯示屏(如果存在)的前面或后面，或者，顯示屏玻璃本身可以用于實現(xiàn)導(dǎo)光板的功能。
該觸摸屏54的控制器60分析接收到的強度剖面(prof ile)的變化，該變化可能表明輸入?yún)^(qū)域內(nèi)出現(xiàn)了物體，清楚地，通過與圖3設(shè)備中相同的方式，根據(jù)片光被阻擋的部分可以容易地確定觸摸物體12的X軸坐標(biāo)。盡管有很多種預(yù)料，但沒有人預(yù)料到這種方式還可用于Y軸坐標(biāo)的確定。在解釋這一點如何實現(xiàn)之前，我們將詳細(xì)地描述控制器如何確定 X軸坐標(biāo)。圖6示出了在線陣相機的一部分上接收強度相對于像素位置的繪圖，其中，根據(jù)接收波導(dǎo)的布局，像素位置與在輸入?yún)^(qū)域的X軸上的位置有關(guān)。如果強度減少的區(qū)域64降到“檢測閾值”66以下，則被理解為是一個觸摸事件。然后，進行觸摸的觸摸物體的邊緣68 相對于“位置閾值”70被確定，該“位置閾值”70可以與檢測閾值一致，也可以不一致，邊緣之間的距離72在X軸上提供了觸摸物體的寬度、大小或尺寸的度量值(measure)。另一個重要的參數(shù)是在強度減少的區(qū)域64附近強度變化的斜率。有許多方式可以定義斜率參數(shù)， 僅通過例子，我們將斜率參數(shù)定義為在“半最大值”水平74周圍的強度曲線的梯度(只有量值)的平均。本領(lǐng)域技術(shù)人員還可以想到其他的例子，例如，通過計算強度分布剖面的一階和/或二階微分內(nèi)的轉(zhuǎn)折點或拐點。在另一實施例中，斜率參數(shù)可以以不同的方式定義，例如可以包含強度減少的區(qū)域內(nèi)的幾個點的梯度的平均。我們發(fā)現(xiàn)，“導(dǎo)光板”觸摸屏非常適于邊緣檢測算法，提供了平滑的變化強度曲線，其能夠精確地確定邊緣位置和梯度。
為了確定Y軸坐標(biāo)，使用“邊緣衍射效應(yīng)”，其中，觸摸事件的邊緣的清晰度取決于觸摸物體和接收波導(dǎo)之間的距離。特別的，我們已經(jīng)觀察到，在圖3所示的“導(dǎo)光板”紅外觸摸屏中，觸摸物體距離接收波導(dǎo)越遠，觸摸事件的邊緣變得越模糊。圖7A示意性示出了由線陣相機檢測到的兩個觸摸物體A和B投下的陰影，而圖7B示出了相應(yīng)的接收強度的繪圖。物體A距離接收波導(dǎo)越近，投下的陰影越清晰，而物體B距離接收波導(dǎo)越遠，由于邊緣衍射效應(yīng)而投下的陰影越模糊。數(shù)學(xué)上，陰影的清晰度可以如上面參照圖6所描述的以斜率參數(shù)的形式表達。因此，陰影清晰度的斜率參數(shù)或其他一些量化表示代表了從接收波導(dǎo)到觸摸物體的距離的度量值，即，其Y軸坐標(biāo)。然后，控制器通過將斜率參數(shù)與已知的校準(zhǔn)進行比較來確定實際的Y軸坐標(biāo)，該已知的校準(zhǔn)例如為查找表，可以是在制造時在設(shè)備測試期間建立，或者可以是通過在接通時產(chǎn)生的或如用戶要求的校準(zhǔn)例行程序建立的。在其他實施例中，該查找表將從觸摸屏配置中得知，且作為硬件或固件簡單地結(jié)合在控制器內(nèi)，或結(jié)合到運行在控制器或主機設(shè)備(例如移動電話或計算機)上的軟件內(nèi)。在另外的實施例中，斜率參數(shù)以及觸摸物體邊緣之間的距離72 (即觸摸物體的X軸尺寸)都可以與一個或多個查找表比較，以確定Y軸坐標(biāo)。
不希望被理論所限制，我們相信，該邊緣衍射效應(yīng)是由于同平面式接收波導(dǎo)透鏡和/或拋物面反射器的不完全的準(zhǔn)直，還可能與LED不是理想的點光源這一事實有關(guān)。另外，該效應(yīng)可通過設(shè)計具有一定程度的不完全準(zhǔn)直的光學(xué)系統(tǒng)而增強。另一種解釋該效應(yīng)的方式是物體在焦距對準(zhǔn)時被該系統(tǒng)測量的程度。在圖7A中，觸摸物體A相對地處于焦距對準(zhǔn)，而觸摸物體B相對地焦距沒對準(zhǔn)，就這點而言，可以使用算法確定聚焦的程度從而確定相對位置。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白的是，有很多這樣的調(diào)焦算法可供使用，且常用于數(shù)碼相機和攝像機。
在本發(fā)明的另一實施例中，邊緣衍射效應(yīng)可以用來獲取其他類型的紅外觸摸屏內(nèi)的Y軸坐標(biāo)的分量。例如，圖8示出了 “單軸”基于波導(dǎo)的觸摸屏76的平面圖，其中，能量光束8是由如圖2設(shè)備內(nèi)的發(fā)射波導(dǎo)陣列16產(chǎn)生的，圖9示出了僅沿一對相對的側(cè)面設(shè)置有LED陣列4和光電檢測器陣列10的“離散部件”紅外觸摸屏78。在每種情況中，沿屏幕的側(cè)面52，52’的邊框?qū)挾葘@著減小。
對于邊緣衍射效應(yīng)來說，并不是必須以圖7A和圖7B所示的形式出現(xiàn)，S卩，觸摸物體距離接收波導(dǎo)越近，該觸摸物體投下的陰影越清晰。對于其他的觸摸屏配置和技術(shù)來說， 取決于諸如在接收側(cè)的準(zhǔn)直/聚焦等因素，微分(differential)邊緣模糊可能是相反的以致于物體距離接收側(cè)/檢測器越遠則物體的邊緣呈現(xiàn)得越清晰。不過相同的原理也適用， 邊緣清晰度的微分成為獲取Y軸坐標(biāo)的度量值的關(guān)鍵考慮因素。
在本發(fā)明另外的實施例中，“單軸”紅外觸摸屏在相對的兩側(cè)都可以具有發(fā)射系統(tǒng)和檢測系統(tǒng)，以便觸摸物體能夠通過兩個相向傳播的光場檢測到。這樣配置的一個優(yōu)勢在于，用于確定Y軸坐標(biāo)的邊緣模糊算法可以被執(zhí)行兩次，以提高精確度。在有利的情況中， 對控制器來說，可能不需要參考查找表來確定Y軸坐標(biāo)；例如，如果在兩種視角的每種視角中，邊緣模糊的程度(例如通過斜率參數(shù)測量)相等，則控制器將得出結(jié)論觸摸物體在Y軸方向上位于屏幕的中點。
如圖10所示，可以以直接的方式，在離散部件紅外觸摸屏內(nèi)通過交錯LED4和光電檢測器10產(chǎn)生相向傳播的光場。圖11示出了合適的基于波導(dǎo)的配置沿著兩個相對的側(cè)面中的每個側(cè)面各有一塊單基板80，在每塊單基板80上交錯設(shè)置有發(fā)射和接收同平面式透鏡28，29和波導(dǎo)16，22。通常，對于波導(dǎo)裝配或光學(xué)串?dāng)_來說，波導(dǎo)交叉點82并不是一個重大的問題，只要交叉角足夠大(指大于10° )，這一點可通過適當(dāng)?shù)牟▽?dǎo)布局來確保。然而， 如果“發(fā)射”同平面式透鏡28和“接收”同平面式透鏡29是交錯的，而不是緊密堆積的，則空間分辨率可能會略微降低。如果需要，發(fā)射和接收波導(dǎo)可以裝配在分離的基板上，從而可以堆疊為波導(dǎo)到波導(dǎo)(waveguide-to-waveguide),波導(dǎo)到基板(waveguide-to-substrate) 或基板到基板(substrate-to-substrate),分別如圖12A,圖12B和圖12C中的側(cè)視圖所示。下覆蓋層84和上覆蓋層86為核心層16和22提供光學(xué)隔離，這通常適用于集成光波導(dǎo)?？蛇x的，在圖11設(shè)備中的兩個LED 4，4’具有不同的發(fā)射波長，且在接收波導(dǎo)22和線陣相機26, 26’之間提供適當(dāng)?shù)耐l帶(band pass)或陷波濾波器(notch filter)88,88’， 以阻止在相向傳播的光場之間的任何光學(xué)串?dāng)_。
圖13A和圖13B不出了具有相向傳播的光場的“導(dǎo)光板”觸摸屏的一種可能的實現(xiàn)方式的平面圖和側(cè)視圖，其中，準(zhǔn)直/重定向元件36相對于輸入?yún)^(qū)域6略微向后設(shè)置，以便為接收波導(dǎo)陣列22留出位置。應(yīng)該注意的是，特別地，圖13A是不按比例的繪制的；在實際的觸摸屏中，接收波導(dǎo)陣列的寬度，包括同平面式透鏡長度，例如通常最多為7毫米，遠小于典型的移動電話觸摸屏的尺寸。這種配置包括單個的導(dǎo)光板34，該導(dǎo)光板34在兩端都具有準(zhǔn)直/重定向元件36，且LED 4，4’發(fā)射光40經(jīng)過準(zhǔn)直/重定向元件進入導(dǎo)光板。 可選的，可能有兩種圖5A和圖5B所示類型的堆疊式單軸導(dǎo)光板類型。圖14示出了另一種可選配置的側(cè)視圖，其中，接收波導(dǎo)陣列22安裝在準(zhǔn)直/重定向元件36的上方，允許準(zhǔn)直 /重定向元件位于鄰近輸入?yún)^(qū)域的位置，以減少邊框?qū)挾?，但是卻增加了邊框的高度。與圖11中的設(shè)備類似，如果需要的話，圖13A，圖13B和圖14所示的不同配置也可以包括具有不同的發(fā)射波長的LED 4，4’，連同合適的通頻帶或陷波濾波器。這些濾波器可以放置在接收波導(dǎo)22和線陣相機26，26’之間，或者放置在同平面式透鏡29和輸入?yún)^(qū)域6之間。
現(xiàn)在我們轉(zhuǎn)為描述另一類紅外觸摸屏配置，其僅沿兩個相對的側(cè)面設(shè)置有光學(xué)裝置(optics)，但仍可以利用一種立體視覺的形式確定在二維空間中的觸摸位置。再次參照圖5A，假如LED放置在拋物面反射器38的焦點，則單軸傳輸主體56將來自LED4的發(fā)散光 40轉(zhuǎn)變?yōu)榛旧蠝?zhǔn)直的片光42，該片光42平行于拋物面反射器的聚焦軸63且平行于導(dǎo)光板34的橫向的側(cè)面52，52’傳播。然而，如果LED4故意“離軸”放置，如圖15A所示，則傳輸主體56將產(chǎn)生基本上準(zhǔn)直的“斜(skew)”片光90，該片光90以與聚焦軸63成一個角度傳播。
如果兩個LED4，4’被放置在聚焦軸63的兩側(cè)，如圖15B所示，傳輸主體56將產(chǎn)生兩個基本上準(zhǔn)直的斜片光90，90’，每一片光都以與聚焦軸以及橫向的側(cè)面52，52’成一角度傳播?？蛇x的，如果一個LED4被放置在聚焦軸63上，而第二個LED4’被放置在聚焦軸的一側(cè)，如圖15C所示，則傳輸主體56將產(chǎn)生一個平行于聚焦軸傳播的基本上準(zhǔn)直的片光42， 以及一個基本上準(zhǔn)直的斜片光90。
如圖16A所圖示，其中斜片光被示為單獨的能量光束路徑92，92’，附加上檢測系統(tǒng)58，該檢測系統(tǒng)58采用裝配在基板80上的具有同平面式透鏡29，29’的兩個接收波導(dǎo)陣列22，22’的形式，且適于接收每個片光的一部分并將它們引導(dǎo)到兩個線陣相機26，26’(或者可選地引導(dǎo)到單個線陣相機的兩部分)，再加上連接到LED和線陣相機的控制器60，就得到了能夠確定觸摸物體的X和Y坐標(biāo)的觸摸屏。用于圖15C的發(fā)射系統(tǒng)的類似配置將在圖 16B中說明?？梢允褂帽绢I(lǐng)域技術(shù)人員熟知的一系列算法，例如，三角測量法，來確定觸摸坐標(biāo)。接收波導(dǎo)可以以交錯方式提供在如圖所示的單個基板上，或如圖12A，圖12B或圖12C 所示的堆疊的兩個基板上。如同前面的具有兩個光源的實施例一樣，可選擇地，兩個LED4， 4’可以具有不同的發(fā)射波長，且在接收波導(dǎo)和線陣相機之間提供合適的通頻帶或陷波濾波器，以阻止在兩個斜光場之間的任何光學(xué)串?dāng)_。然而，在多數(shù)情況下，由同平面式透鏡29，29 提供的良好的空間濾波將足以避免該串?dāng)_。我們注意到，圖16A和圖16B中圖示的接收波導(dǎo)22，22’在基板80上的布局只是示例性的，如果需要的話，可以進行調(diào)整，以便重新放置線陣相機26，26’，例如，如果來自LED4，4’的雜散光是一個問題。
在某些實施例中，如圖16A和圖16B所示，通過具有合適的角度對稱的同平面式透鏡，接收波導(dǎo)適用于接收在某一方向上傳播的能量光束。在圖17所示的可替換的實施例中，接收波導(dǎo)具有帶折射表面100的同平面式透鏡29，29 ’，所述折射表面100被設(shè)計用于捕獲在某些方向上傳播的能量光束92，92’。該可替換的實施例可能有利于緊密堆積的波導(dǎo)布局，因為同平面式透鏡的側(cè)壁102可以做成平行的。如果檢測系統(tǒng)的波導(dǎo)部分裝配在單個基板上，如圖16A和圖16B所示，通過在如圖18所示的一系列的Y形接點103處將成對的同平面式透鏡29，29’饋送至單個接收波導(dǎo)22內(nèi)，在引導(dǎo)至線陣相機的通道內(nèi)的波導(dǎo)數(shù)量可以減半，從而顯著地減少所需的基板寬度。在這種配置中，LED4，4’以時分復(fù)用方式連續(xù)地產(chǎn)生脈沖，以便提供兩組光束路徑92，92’之間的區(qū)分。然而，如集成光學(xué)領(lǐng)域的技術(shù)人員所熟知的那樣，結(jié)果，該配置的缺陷是在每個Y形接點處產(chǎn)生了 3dB的損耗，在Y形接點處由同平面式透鏡收集到的 光的50%以輻射模式被丟失。該3dB的損耗可通過如下方式避免將成對的同平面式透鏡結(jié)合到光學(xué)元件中，該光學(xué)元件可以收集在不同方向上傳播的兩組基本上準(zhǔn)直的光束，并將它們聚焦到單個波導(dǎo)內(nèi)。在某些實施例中，該光學(xué)元件包括用于每組基本上準(zhǔn)直的光束的單獨的聚焦元件；例如，如圖19A所示，該光學(xué)元件可以包含具有以兩個彎曲的折射表面110，110’形式的第一和第二聚焦元件的平板波導(dǎo)108，彎曲的折射表面110，110’被設(shè)計用以將光路92，92’聚焦到單個波導(dǎo)22內(nèi)。在其他實施例中，該光學(xué)元件包括聚焦元件和偏轉(zhuǎn)元件；例如，如圖19B所示，該光學(xué)元件可以包含放置在聚焦元件前面的偏轉(zhuǎn)元件，其中，偏轉(zhuǎn)元件采取棱鏡112的形式，聚焦元件采取平板波導(dǎo)108的彎曲前表面110的形式。一組光路92由彎曲表面聚焦到波導(dǎo)22內(nèi)，而另一組光路92’由棱鏡偏轉(zhuǎn)，以至于彎曲表面能夠?qū)⑵渚劢沟讲▽?dǎo)內(nèi)。一些變化是可能的；例如，通過在平板波導(dǎo)內(nèi)部形成空氣棱鏡(air prism),使偏轉(zhuǎn)元件可以位于聚焦元件的后面。在如圖20A和20B所不的可供選擇的實施例中，發(fā)射系統(tǒng)包括光源4、傳輸主體56以及光分束兀件104,其中，由傳輸主體發(fā)射的片光42被光分束兀件分束，以產(chǎn)生兩組在不同方向上傳播的多個光路，例如，如圖20A所示，產(chǎn)生兩組多個斜光束路徑92，92’，或者，如圖20B所示，產(chǎn)生多個斜光束路徑92以及多個徑直光束路徑92"。如在專利申請?zhí)枮镻CT/AU2010/001232、名稱為“用于觸摸輸入設(shè)備的投影系統(tǒng)”的PCT專利申請中所進行的更為詳細(xì)的描述，其內(nèi)容已通過引用而被結(jié)合，例如，光分束元件可以是棱鏡膜(prism film)或相位光罩(phase mask)。在這些只有一個光源的實施例中，檢測系統(tǒng)有必要保持兩組多個光束路徑分離，例如，通過提供兩組連接到分離的線陣相機或單個線陣相機的不同部分的接收波導(dǎo)。從圖16A中可以看到，存在著在橫向的側(cè)面52，52’的附近具有不完全地或者沒有光束覆蓋的區(qū)域94，在該區(qū)域中物體無法被精確地定位(只有單軸光束覆蓋)或者根本無法被檢測到(沒有光束覆蓋)。明白的是，在如圖16B所示的配置中，也存在著具有不完全的光束覆蓋的區(qū)域。通過減小斜光束與Y軸產(chǎn)生的角度，或者，等價地減小兩組光束的傳播方向之間的角度，其等價于將一個或兩個LED放置在更靠近聚焦軸的位置上，能夠減輕這一問題。然而，這也減少了能夠確定Y軸坐標(biāo)的精確度，因此將在屏幕覆蓋和精確度之間做個折衷。優(yōu)選的，交叉角度，即，兩個傳播方向之間的角度在5°至30°的范圍內(nèi)，更優(yōu)選的大約在10°。作為舉例，對于具有4:3的高寬比的3. 5〃輸入?yún)^(qū)域(71. lmmX53. 3mm)的特定情況來說，一對斜片光相對于長邊側(cè)(Y軸)取向為±5°，即，交叉角度為10°，從而在X軸上提供每英寸100點(dpi)的分辨率，在Y軸上提供每英寸10點(dpi)的分辨率，在任一邊上都具有最大為6毫米的盲區(qū)，這對于手指觸摸是足夠的?？商鎿Q地，觸摸輸入?yún)^(qū)域可以大于顯示區(qū)域，以確保整個顯示區(qū)域都被光束覆蓋。在另一種實施例中，如圖21中的平面圖所圖示的，通過在拋物面的焦點處提供附加的LED4"以產(chǎn)生一組附加的光束92"，并提供一組附加的接收波導(dǎo)22"，可以覆蓋圖16A的陰影區(qū)域94。這些附加的光束也可以通過拋物面反射器的不完全準(zhǔn)直產(chǎn)生，或通過使用具有發(fā)射區(qū)域遠寬于理想點光源的LED4和4'產(chǎn)生。除了像圖16A或圖16B那樣使用兩個單獨的LED4，4'，或者像圖21那樣使用三個單獨的LED4，4'，4"，還可以使用分散式光發(fā)射。這將以許多不同的角度提供光束路徑的整體范圍，而不需要任何明顯的準(zhǔn)直，但是同平面式透鏡29仍將提供足夠的空間濾波，以形成檢測網(wǎng)格及允許觸摸坐標(biāo)的確定。在圖22的平面圖中示出了一種遵循相似原理而操作的全波導(dǎo)紅外觸摸屏。該設(shè)備可能具有如圖所示的兩個光源4，4'(可選擇的具有不同的發(fā)射波長)，或單個光源，以及如圖所示的包含兩組接收波導(dǎo)22，22'以及兩個線陣相機26，26'的檢測系統(tǒng)，或波導(dǎo)、透鏡和線陣相機的其他適宜的組合，例如上面參照圖16A至圖19B所描述的那樣。發(fā)射波導(dǎo)16，W如圖所示可以提供在單個基板上，或者，提供在兩塊分開堆疊的基板上，同樣的方式也適用于接收波導(dǎo)22，22 ^。如在如圖16A和圖16B所示的設(shè)備中，由接收側(cè)同平面式透鏡29提供的良好的空間濾波對于阻止兩組平行光束8，8'之間的光學(xué)串?dāng)_。應(yīng)該明白的是，如果單獨的光電檢測器成恰當(dāng)?shù)慕嵌群?或具有足夠的空間濾波來接收基本上只來自一個方向的光，則“離散部件”類型也是可能的。可替換地，可以相繼地激活光源和/或光電檢測器以避免光學(xué)串?dāng)_。盡管由于一些原因，在輸入?yún)^(qū)域的相對的側(cè)面上提供發(fā)射系統(tǒng)和檢測系統(tǒng)是方便的，例如，因為這簡化了設(shè)備裝配且能夠使用如圖19A和圖19B所示的組合的聚焦元件，和/或如圖20A和圖20B所示的光分束元件，但這并不是必要的?？赡茉谳斎?yún)^(qū)域的相對的側(cè)面上提供發(fā)射和檢測系統(tǒng)的一部分，以至于一組光束從第一側(cè)面向第二側(cè)面?zhèn)鞑?，第二組光束從第二側(cè)面向第一側(cè)面?zhèn)鞑?。例如，圖23以平面圖示出了全波導(dǎo)紅外觸摸屏，該全波導(dǎo)紅外觸摸屏具有兩個發(fā)射子系統(tǒng)，每個發(fā)射子系統(tǒng)在輸入?yún)^(qū)域6的相對的側(cè)面上包括LED 4/4'，1XN分束器20/20'以及帶有相關(guān)聯(lián)的同平面式透鏡28/28'的波導(dǎo)陣列16/16'，以及兩個檢測子系統(tǒng)，每個檢測子系統(tǒng)包括相機26/26'和帶有相關(guān)聯(lián)的同平面式透鏡29/29'的波導(dǎo)陣列22/22'。兩組光束8，8'成一個角度向彼此傳播，如“立體視覺”實施例所要求的那樣。應(yīng)該明白的是，也可以構(gòu)建相應(yīng)的“導(dǎo)光板”配置，與圖13A中所示的導(dǎo)光板配置類似，但具有以不同的角度傳播的兩個片光。如上面描述的所有的波導(dǎo)布局，根據(jù)需要包括帶有同平面式透鏡的發(fā)射或接收波導(dǎo)、聚焦元件或偏轉(zhuǎn)元件，可以由光固化高分子材料(photocurable polymer material)、使用例如美國專利號7，218，812、名稱為“具有圖案化的覆蓋層的平面型波導(dǎo)以及生產(chǎn)該波導(dǎo)的方法”的專利所描述的光成形化(photo-patterning) /濕顯影技術(shù)來制造。應(yīng)該明白的是，上面描述的任何配置可以結(jié)合擴展或改善其性能。例如，立體視覺配置也可以包含邊緣模糊效應(yīng)，以在整個觸摸區(qū)域提供增強的分辨率，或在單獨的光束覆蓋區(qū)域上提供增強的分辨率。
應(yīng)該注意的是，由在上述任一配置中使用的拋物面反射器提供的準(zhǔn)直功能也可以通過折射透鏡元件實現(xiàn)，該折射透鏡元件可以配置為單透鏡或分段的或菲涅爾透鏡，以使尺寸減至最小。類似的，單拋物面反射器可被分段的拋物面反 射器替代。盡管本發(fā)明已經(jīng)結(jié)合具體實施例進行了描述，但本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白的是，本發(fā)明也可以通過許多其他形式來體現(xiàn)。
權(quán)利要求
1.一種輸入設(shè)備，包括輸入?yún)^(qū)域，適用于將觸摸輸入接收到所述輸入設(shè)備；發(fā)射系統(tǒng)，適用于從所述輸入?yún)^(qū)域的第一側(cè)面發(fā)射多個能量光束；沿所述輸入?yún)^(qū)域的第二側(cè)面配置的檢測系統(tǒng)，適用于在所述光束經(jīng)過所述輸入?yún)^(qū)域后，測量所述多個能量光束的強度分布，所述第二側(cè)面與所述第一側(cè)面相對；和可操作性地連接到所述檢測系統(tǒng)的分析器，適用于分析所述強度分布，并沿所述第一側(cè)面和第二側(cè)面之間的坐標(biāo)軸確定所述物體的位置。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的輸入設(shè)備，其中，所述多個能量光束是大體為平面形式的基本上準(zhǔn)直的信號。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的輸入設(shè)備，其中，所述能量光束包括紅外線或可見光。
4.根據(jù)上述任一權(quán)利要求所述的輸入設(shè)備，其中，所述分析器進一步適用于分析所述強度分布，以沿第二坐標(biāo)軸確定所述物體的位置，所述第二坐標(biāo)軸與所述第一側(cè)面和第二側(cè)面之間的所述坐標(biāo)軸成直角。
5.根據(jù)上述任一權(quán)利要求所述的輸入設(shè)備，其中，與所述第一側(cè)面相鄰的所述輸入?yún)^(qū)域的側(cè)面沒有發(fā)射系統(tǒng)或檢測系統(tǒng)。
6.一種用于確定物體在輸入?yún)^(qū)域內(nèi)的位置的方法，所述方法包括以下步驟從所述輸入?yún)^(qū)域的第一側(cè)面向所述輸入?yún)^(qū)域的第二相對側(cè)面發(fā)射多個能量光束；在所述能量光束經(jīng)過所述輸入?yún)^(qū)域后，測量所述多個能量光束的強度分布；和分析所述強度分布，以沿所述第一側(cè)面和第二側(cè)面之間的坐標(biāo)軸確定所述物體的位置。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中，與所述第一側(cè)面相鄰的所述輸入?yún)^(qū)域的側(cè)面沒有發(fā)射系統(tǒng)或檢測系統(tǒng)。
8.一種輸入設(shè)備，包括輸入?yún)^(qū)域，適用于將觸摸輸入接收到所述輸入設(shè)備；發(fā)射系統(tǒng)，適用于從所述輸入?yún)^(qū)域的第一側(cè)面發(fā)射多個能量光束；沿所述輸入?yún)^(qū)域的第二側(cè)面配置的檢測系統(tǒng)，適用于在所述光束經(jīng)過所述輸入?yún)^(qū)域后，測量所述多個能量光束的強度分布，所述第二側(cè)面與所述第一側(cè)面相對；和可操作性地連接到所述檢測系統(tǒng)的分析器，適用于分析所述強度分布，其中，物體在所述輸入?yún)^(qū)域內(nèi)的出現(xiàn)將引起所述強度分布的變化，所述分析器適用于通過分析所述變化來沿所述第一側(cè)面和第二側(cè)面之間的坐標(biāo)軸確定所述物體的位置。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的輸入設(shè)備，其中，所述變化包括所述強度分布中強度減少的區(qū)域。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的輸入設(shè)備，其中，所述分析器適用于確定在所述強度減少的區(qū)域內(nèi)在一個或多個位置的梯度，由此確定所述物體與所述輸入?yún)^(qū)域的所述第二側(cè)面之間的距離。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的輸入設(shè)備，其中，所述梯度的量值隨所述物體與所述輸入?yún)^(qū)域的所述第二側(cè)面之間距離的增加而降低。
12.根據(jù)權(quán)利要求8至11任一所述的輸入設(shè)備，其中，所述能量光束包括紅外線或可見光。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的輸入設(shè)備，其中，所述發(fā)射系統(tǒng)包括光源；適用于接收、限制和發(fā)射平面形式光信號的傳輸元件；適用于基本上準(zhǔn)直光信號的準(zhǔn)直元件；適用于對光信號進行重定向的重定向元件，其中，所述傳輸、準(zhǔn)直和重定向元件被設(shè)置為接收來自所述光源的光信號，并發(fā)射、準(zhǔn)直和重定向所述光信號，以產(chǎn)生所述多個能量光束作為大體為平面形式的基本準(zhǔn)直的信號。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的輸入設(shè)備，其中，所述發(fā)射系統(tǒng)包括光源；沿所述輸入?yún)^(qū)域的所述第一側(cè)面布置的發(fā)射光波導(dǎo)陣列，適用于將來自所述光源的光引導(dǎo)至所述第一側(cè)面，以產(chǎn)生所述多個能量光束。
15.根據(jù)權(quán)利要求8至14任一所述的輸入設(shè)備，其中，所述檢測系統(tǒng)包括沿所述第二側(cè)面布置的光波導(dǎo)陣列，適用于接收所述多個能量光束的部分，并引導(dǎo)所述部分至檢測器陣列。
16.根據(jù)權(quán)利要求8至15任一所述的輸入設(shè)備，其中，所述分析器進一步適用于分析所述強度分布，以沿第二坐標(biāo)軸確定所述物體的位置，該第二坐標(biāo)軸與所述第一側(cè)面和第二側(cè)面之間的所述坐標(biāo)軸成直角。
17.根據(jù)權(quán)利要求8至16任一所述的輸入設(shè)備，其中，與所述第一側(cè)面相鄰的所述輸入?yún)^(qū)域的側(cè)面沒有發(fā)射系統(tǒng)或檢測系統(tǒng)。
18.一種用于確定物體在輸入?yún)^(qū)域內(nèi)的位置的方法，所述方法包括以下步驟從所述輸入?yún)^(qū)域的第一側(cè)面向所述輸入?yún)^(qū)域的第二相對側(cè)面投射多個能量光束；在所述光束已經(jīng)經(jīng)過所述輸入?yún)^(qū)域后，測量所述多個能量光束的強度分布；分析所述強度分布，以確定所述強度分布的變化，該變化表明物體在所述輸入?yún)^(qū)域內(nèi)的出現(xiàn)；計算所述強度分布的所述變化的參數(shù)；利用所述參數(shù)沿所述第一側(cè)面和第二側(cè)面之間的坐標(biāo)軸確定所述物體的位置。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中，所述強度分布的變化包括強度減少的區(qū)域。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中，所述參數(shù)包括在所述強度減少的區(qū)域內(nèi)在一個或多個位置測量的梯度。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其中，所述梯度的量值隨所述物體與所述輸入?yún)^(qū)域的所述第二側(cè)面之間的距離的增加而降低。
22.根據(jù)權(quán)利要求18至21中任一項所述的方法，其中，所述多個能量光束是大體為平面形式的基本準(zhǔn)直的信號。
23.根據(jù)權(quán)利要求18至22中任一項所述的方法，其中，進一步包括分析所述強度分布，以沿第二坐標(biāo)軸確定所述物體的位置的步驟，所述第二坐標(biāo)軸與所述第一側(cè)面和第二側(cè)面之間的所述坐標(biāo)軸成直角。
24.根據(jù)權(quán)利要求18至23中任一項所述的方法，其中，與所述第一側(cè)面相鄰的所述輸入?yún)^(qū)域的側(cè)面沒有發(fā)射系統(tǒng)或檢測系統(tǒng)。
25.—種輸入設(shè)備,包括輸入?yún)^(qū)域，適用于將觸摸輸入接收到所述輸入設(shè)備；發(fā)射系統(tǒng)，適用于發(fā)射經(jīng)過所述輸入?yún)^(qū)域的第一和第二多個能量光束，所述第一和第二多個能量光束在所述輸入?yún)^(qū)域的第一和第二側(cè)面之間沿第一和第二方向傳播，所述第一和第二方向相互之間成一個角度；檢測系統(tǒng)，適用于在所述能量光束經(jīng)過所述輸入?yún)^(qū)域后，測量所述第一和第二多個能量光束的強度分布；以及可操作性地連接到所述檢測系統(tǒng)的分析器，適用于分析所述強度分布，其中，物體在所述輸入?yún)^(qū)域內(nèi)的出現(xiàn)將引起所述強度分布的變化，所述分析器適用于通過分析所述變化來沿所述第一側(cè)面和第二側(cè)面之間的坐標(biāo)軸確定所述物體的位置。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的輸入設(shè)備，其中，所述能量光束包括紅外線或可見光。
27.根據(jù)權(quán)利要求25或26所述的輸入設(shè)備，其中，所述發(fā)射系統(tǒng)適用于從所述輸入?yún)^(qū)域的所述第一側(cè)面發(fā)射所述第一和第二多個能量光束，所述檢測系統(tǒng)沿所述輸入?yún)^(qū)域的所述第二側(cè)面布置。
28.根據(jù)權(quán)利要求27所述的輸入設(shè)備，其中，所述檢測系統(tǒng)包括沿所述第二側(cè)面布置的第一光波導(dǎo)陣列，適用于接收所述第一多個能量光束的部分，并將所述部分引導(dǎo)至檢測器陣列；沿所述第二側(cè)面布置的第二光波導(dǎo)陣列，適用于接收所述第二多個能量光束的部分，并將所述部分引導(dǎo)至檢測器陣列。
29.根據(jù)權(quán)利要求28所述的輸入設(shè)備，其中，每個光波導(dǎo)結(jié)束于同平面式透鏡，該同平面式透鏡適用于將各多個能量光束的部分聚焦到所述波導(dǎo)內(nèi)。
30.根據(jù)權(quán)利要求28所述的輸入設(shè)備，其中，所述檢測系統(tǒng)包括沿所述第二側(cè)面布置的光波導(dǎo)陣列以及相關(guān)聯(lián)的光學(xué)元件，其中，每個光學(xué)元件適用于收集所述第一和第二多個能量光束的部分并將所述部分聚焦到該光學(xué)元件相關(guān)聯(lián)的光波導(dǎo)內(nèi)，用以引導(dǎo)至檢測器陣列。
31.根據(jù)權(quán)利要求30所述的輸入設(shè)備，其中，每個光學(xué)元件包括第一和第二聚焦元件，所述第一和第二聚焦元件適用于收集所述第一和第二多個能量光束的各相應(yīng)部分，并將所述部分聚焦到所述相關(guān)聯(lián)的光波導(dǎo)內(nèi)。
32.根據(jù)權(quán)利要求30所述的輸入設(shè)備，其中，每個光學(xué)元件包括聚焦元件和偏轉(zhuǎn)元件，其中，所述聚焦元件和所述偏轉(zhuǎn)元件結(jié)合在一起適用于收集所述第一多個能量光束的一部分，并將這部分聚焦到所述相關(guān)聯(lián)的光波導(dǎo)內(nèi)，所述聚焦元件適用于收集所述第二多個能量光束的一部分，并將這部分聚焦到所述相關(guān)聯(lián)的光波導(dǎo)內(nèi)。
33.根據(jù)權(quán)利要求27至32中任一項所述的輸入設(shè)備，其中，所述發(fā)射系統(tǒng)包括第一和第二光源以及傳輸主體，所述傳輸主體包括傳輸元件，適用于接收、限制并發(fā)射平面形式光信號；準(zhǔn)直元件，適用于基本準(zhǔn)直光信號；重定向元件，適用于重定向光信號，其中所述傳輸、準(zhǔn)直和重定向元件被設(shè)置為接收來自光源的光信號，并發(fā)射、準(zhǔn)直和重定向所述光信號，以產(chǎn)生大體為平面形式的基本上準(zhǔn)直的信號；和確定所述第一和第二光源的位置，使得來自所述第一光源的光信號由所述傳輸主體傳輸、準(zhǔn)直并重定向，以產(chǎn)生在所述第一方向傳播的所述第一多個能量光束，來自所述第二光源的光信號由所述傳輸主體傳輸、準(zhǔn)直并重定向，以產(chǎn)生在所述第二方向傳播的所述第二多個能量光束。
34.根據(jù)權(quán)利要求27至32中任一項所述的輸入設(shè)備，其中，所述發(fā)射系統(tǒng)包括光源、光分束元件以及傳輸主體，所述傳輸主體包括傳輸元件，適用于接收、限制并發(fā)射平面形式光信號；準(zhǔn)直元件，適用于基本上準(zhǔn)直光信號；以及重定向元件，適用于重定向光信號，其中所述傳輸、準(zhǔn)直和重定向元件被設(shè)置為接收來自光源的光信號，并發(fā)射、準(zhǔn)直和重定向所述光信號，以產(chǎn)生大體為平面形式的基本上準(zhǔn)直的信號；確定所述光源的位置，使得來自所述光源的光信號由所述傳輸主體傳輸、準(zhǔn)直并重定向，以產(chǎn)生基本上準(zhǔn)直的大體為平面的信號；和確定所述光分束元件的位置，以將所述基本上準(zhǔn)直的大體為平面的信號分裂為所述第一和第二多個能量光束。
35.根據(jù)權(quán)利要求34所述的輸入設(shè)備,其中,所述光分束兀件包括棱鏡膜或相位光罩。
36.根據(jù)權(quán)利要求27至32中任一項所述的輸入設(shè)備，其中，所述發(fā)射系統(tǒng)包括光源、和沿所述輸入?yún)^(qū)域的所述第一側(cè)面布置的第一和第二發(fā)射光波導(dǎo)陣列，其中，所述第一和第二發(fā)射光波導(dǎo)陣列將來自所述光源的光引導(dǎo)到所述第一側(cè)面以產(chǎn)生所述第一和第二多個能量光束。
37.根據(jù)權(quán)利要求27至32中任一項所述的輸入設(shè)備，其中，所述發(fā)射系統(tǒng)包括第一和第二光源、和沿所述輸入?yún)^(qū)域的所述第一側(cè)面布置的第一和第二發(fā)射光波導(dǎo)陣列，其中，所述第一發(fā)射光波導(dǎo)陣列將來自所述第一光源的光引導(dǎo)到所述第一側(cè)面以產(chǎn)生所述第一多個能量光束；所述第二發(fā)射光波導(dǎo)陣列將來自所述第二光源的光引導(dǎo)到所述第一側(cè)面以產(chǎn)生所述第二多個能量光束。
38.根據(jù)權(quán)利要求25至27中任一項所述的輸入設(shè)備，其中，所述第一和第二方向之間的角度在5°至30°的范圍內(nèi)。
39.根據(jù)權(quán)利要求38所述的輸入設(shè)備，其中，所述角度大約為10°。
40.根據(jù)權(quán)利要求25至39中任一項所述的輸入設(shè)備，其中，通過三角測量來分析所述變化，以確定所述物體的位置。
41.根據(jù)權(quán)利要求25至40中任一項所述的輸入設(shè)備，其中，分析器進一步適用于分析所述強度分布，以沿第二坐標(biāo)軸確定所述物體的位置，該第二坐標(biāo)軸與所述第一側(cè)面和第二側(cè)面之間的所述坐標(biāo)軸成直角。
42.根據(jù)權(quán)利要求25至41中任一項所述的輸入設(shè)備，其中，與所述第一側(cè)面相鄰的所述輸入?yún)^(qū)域的側(cè)面沒有發(fā)射系統(tǒng)或檢測系統(tǒng)。
43.一種用于確定物體在輸入?yún)^(qū)域內(nèi)的位置的方法，所述方法包括以下步驟將在第一和第二方向上經(jīng)過所述輸入?yún)^(qū)域的第一和第二組能量光束向所述輸入?yún)^(qū)域的第二相對側(cè)面投射，所述第一和第二方向相對于彼此成一個角度；在所述光束已經(jīng)經(jīng)過所述輸入?yún)^(qū)域后，測量所述第一和第二多個能量光束的強度分布，以確定所述強度分布的變化，該變化表明物體出現(xiàn)在所述輸入?yún)^(qū)域內(nèi)；和分析所述變化，以沿所述第一側(cè)面和第二側(cè)面之間的坐標(biāo)軸確定所述物體的位置。
44.根據(jù)權(quán)利要求43所述的方法，其中，與所述第一側(cè)面相鄰的所述輸入?yún)^(qū)域的側(cè)面沒有發(fā)射系統(tǒng)或檢測系統(tǒng)。
45.一種制品，包括具有被配置為實現(xiàn)根據(jù)權(quán)利要求6，18至24或43至44中任一項所述的方法的計算機可讀程序代碼的計算機可用介質(zhì)。
全文摘要
本發(fā)明描述了一種紅外式觸摸屏，雖然僅在觸摸輸入?yún)^(qū)域的兩個相對的側(cè)面具有光發(fā)射裝置和光檢測裝置，但仍能夠以二維方式檢測并定位觸摸物體。某些實施例使用邊緣模糊算法確定第二坐標(biāo)，而其他實施例通過三角測量使用立體視覺形式確定兩個坐標(biāo)。這些觸摸屏沿觸摸輸入?yún)^(qū)域的兩個相對的側(cè)面具有最小邊框?qū)挾?，也降低了部件和產(chǎn)品的組裝和制造的關(guān)聯(lián)成本。
文檔編號G02B6/28GK102934058SQ201080061007
公開日2013年2月13日 申請日期2010年11月17日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月17日
發(fā)明者D·庫庫爾吉 申請人:Rpo私人有限公司