利用全內(nèi)反射的壓力感測觸摸系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】公開了一種利用光的全內(nèi)反射的壓力感測觸摸系統(tǒng)。所述觸摸系統(tǒng)包括具有一表面的透明薄片。至少一個光源和至少一個檢測器相對于所述透明薄片可操作地布置以分別將光傳輸通過所述薄片和檢測經(jīng)傳輸?shù)墓?。在所述透明薄片的頂部表面處的觸摸事件導致光從所述透明薄片散射，從而改變了在所述檢測器處接收的光量。由于在所述觸摸事件位置處產(chǎn)生的散射光的量是在所述觸摸事件處所施加壓力的函數(shù)，因而檢測器信號中的變化被用于確定所施加壓力的相對量。還公開了包括多個波導和溝道波導以及力感測設備的實施例。
【專利說明】利用全內(nèi)反射的壓力感測觸摸系統(tǒng)
[0001] 相關申請的交叉引用
[0002] 本申請根據(jù)35U.S.C. §119要求2012年4月30日提交的美國臨時申請S/ N. 61/640, 605的優(yōu)先權益，本申請依賴該美國臨時申請的內(nèi)容并且其內(nèi)容通過引用而整體 結(jié)合于此。

【技術領域】
[0003] 本發(fā)明涉及觸敏設備，并且尤其涉及利用光的全內(nèi)反射的壓力感測觸摸系統(tǒng)。

【背景技術】
[0004] 具有非機械觸摸功能的顯示器和其它設備（例如，鍵盤）的市場快速發(fā)展。因此， 已開發(fā)多種觸摸感測技術以使顯示器和其它設備具有觸摸功能。觸摸感測功能在移動設備 應用中獲得廣泛應用，諸如智能電話、電子書閱讀器、膝上型計算機和平板計算機。
[0005] 已開發(fā)采用觸摸屏形式的觸摸系統(tǒng)，其響應于多種類型的觸摸，諸如單觸摸、多觸 摸、滑動以及具有不同壓力的觸摸。然而，壓力感測觸摸屏以及其它觸摸系統(tǒng)通常依賴于常 規(guī)壓力傳感器來感測觸摸壓力且因此制造相對復雜且昂貴。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本公開的一方面是用于在觸摸事件的位置處感測壓力的量的壓力感測觸摸系統(tǒng)。 該系統(tǒng)包括具有頂部表面、底部表面以及包含邊緣的周邊的透明薄片，其中觸摸事件發(fā)生 在位于觸摸事件位置處的頂部表面上。該系統(tǒng)還具有相對于透明薄片可操作地布置的至少 一個光源并且該光源發(fā)射耦合入透明薄片的光以使該光經(jīng)由全內(nèi)反射在透明薄片內(nèi)傳播。 該系統(tǒng)還包括相對于透明薄片和光源可操作地布置的至少一個檢測器。該檢測器產(chǎn)生檢測 器電信號，該檢測器電信號具有代表在透明薄片內(nèi)傳播的光的所測得強度的信號強度，其 中觸摸事件引起所測得的光強度中的變化，該變化對應于施加在觸摸事件位置處的壓力中 的變化。
[0007] 本公開的另一方面為以上所描述的系統(tǒng)，并且進一步包括可操作地耦合至至少一 個光源以及至少一個探測器的控制器?？刂破髋渲贸山邮諜z測器電信號并確定施加在觸摸 事件位置處的壓力中的變化。
[0008] 本公開的另一方面為以上所描述的系統(tǒng)，進一步包括經(jīng)波長調(diào)制的光源以在檢測 器處形成強度調(diào)制光。由于在很多不同的光路上傳播的光的干涉，調(diào)制強度可以是復雜的 且產(chǎn)生對觸摸事件敏感的斑點效應，其中觸摸事件干擾了在檢測器處形成斑點圖案的光路 中的一些，因此引起代表在觸摸事件位置處的壓力中的變化的檢測器電信號中的變化。
[0009] 本公開的另一方面為以上所描述的系統(tǒng)，其中檢測器電信號由控制器進行處理以 確定代表施加在觸摸事件位置處的壓力中的變化的調(diào)制對比度。
[0010] 本公開的另一方面為以上所描述的系統(tǒng)，其中透明薄片對紅外（IR)光基本上透 明，其中從至少一個光源所發(fā)射的光包括IR光，并且其中至少一個檢測器配置成檢測該IR 光。
[0011] 本公開的另一方面為以上所描述的系統(tǒng)，進一步包括為粗糙化表面的頂部表面。
[0012] 本公開的另一方面為以上所描述的系統(tǒng)，其中粗糙化表面有著具有位于100微米 至IJ 500微米之間的尺寸的特征。
[0013] 本公開的另一方面為以上所描述的系統(tǒng)，進一步包括設置在透明薄片的頂部表面 上的層，其中該層提高了 a)壓力感測靈敏度和b)可檢測壓力的范圍中的至少一個。
[0014] 本公開的另一方面為以上所描述的系統(tǒng)，其中第一和第二層設置在透明薄片的頂 部和底部表面上，其中該第一和第二層具有大于透明薄片的折射率并且其用作在光源和檢 測器之間傳送光的第一和第二波導。
[0015] 本公開的另一方面為以上所描述的系統(tǒng)；其中透明薄片包括主體，該系統(tǒng)進一步 包含毗鄰透明層的頂部表面、位于透明薄片的主體中的離子交換區(qū)域。該離子交換區(qū)域限 定出面波導且該透明層的主體限定出體波導。面波導和體波導用于引導（傳送）光從光源 至探測器。在示例中，面波導和體波導與光源和檢測器一起限定出光學干涉儀。
[0016] 本公開的另一方面為以上所描述的系統(tǒng)，進一步包括相對于透明薄片可操作地布 置的至少一個力感測設備以測量與觸摸事件相關聯(lián)的力的量。
[0017] 本公開的另一方面為以上所描述的系統(tǒng)，其中該系統(tǒng)包括可操作地耦合至所述至 少一個力感測設備的控制器且其被配置成將所測得的力的量轉(zhuǎn)換成與觸摸事件相關聯(lián)的 壓力。在示例中，這通過了解、測量或估算與觸摸事件相關聯(lián)的光學接觸的面積來實現(xiàn)。
[0018] 本公開的另一方面為以上所描述的系統(tǒng)，其中所述至少一個力感測設備選自包 括：力感測電阻器、基于壓電的力感測設備、基于電路的應變儀、光學應變儀、電容性應變儀 以及基于加速計的力傳感器的壓力感測設備組。
[0019] 本公開的另一方面為具有壓力感測能力的顯示器系統(tǒng)并且其包括如這里所述的 壓力感測觸摸系統(tǒng)，以及具有顯示器的顯示器單元，其中壓力感測系統(tǒng)可操作地毗鄰顯示 器設置。所得的顯示器系統(tǒng)具有可與顯示器系統(tǒng)的觸摸定位能力協(xié)同工作的壓力感測能 力?？蛇x地,壓力感測觸摸系統(tǒng)可具有觸摸定位能力。
[0020] 本公開的另一方面為一種確定由工具在位于透明薄片的頂部表面上的觸摸事件 的位置處所施加的壓力的相對量的方法。該方法包括利用全內(nèi)反射發(fā)送來自至少一個光源 的光通過透明薄片。該方法進一步包括檢測至少一個檢測器處的光并產(chǎn)生第一檢測器電信 號，其中該經(jīng)檢測的光被在頂部表面處的工具所施加的壓力散射或與在頂部表面處的工具 所施加壓力的量成比例地衰減。該方法還包括從第一檢測器電信號中確定在觸摸事件的位 置處由工具所施加的壓力的量。
[0021] 本公開的另一方面為以上所描述的方法，其中工具為手指、鉛筆、鋼筆或指示筆。
[0022] 本公開的另一方面為以上所描述的方法，進一步包括測量不存在觸摸事件時的基 線檢測器電信號并且將第一檢測器電信號與基線檢測器電信號進行比較以確定在觸摸事 件的位置處由工具所施加的壓力的量。
[0023] 本公開的另一方面為以上所描述的方法，其中所述光具有一波長且進一步包括： 調(diào)制所述光的波長；使該波長調(diào)制光通過光柵以將入射到光柵上的光分成第一和第二光 束；檢測第一和第二光束以使第一檢測器電信號包括強度調(diào)制信息；并且處理第一檢測器 電信號以確定代表在觸摸事件位置處由工具所施加的壓力的相對量的調(diào)制對比度。在示例 中，存在足以在檢測器處產(chǎn)生斑點干涉圖案的多個第一光束以及多個第二光束。
[0024] 本公開的另一方面為以上所描述的方法，進一步包括利用相對于透明薄片可操作 地布置的一個或多個力感測設備測量在觸摸事件位置處由工具所施加的力。
[0025] 本公開的另一方面為以上所描述的方法，進一步包括將頂部表面形成為粗糙表 面。
[0026] 本公開的另一方面為以上所描述的方法，進一步包括提供位于頂部表面頂上的 層，其中該層提高了壓力感測靈敏度和/或壓力范圍。
[0027] 本公開的另一方面為以上所描述的方法，包括將所述至少一個光源和所述至少一 個檢測器設置在透明薄片的同一側(cè)或同一面。
[0028] 本公開的另一方面為以上所描述的方法，包括將所述至少一個光源或所述至少一 個檢測器設置在透明薄片的不同邊緣處。
[0029] 將在以下詳細描述中闡述本公開的附加特征和優(yōu)點，這些特征和優(yōu)點在某種程度 上對于本領域的技術人員來說根據(jù)該描述將是顯而易見的，或者通過實施包括以下詳細描 述、權利要求書以及附圖的本文所述的實施例可認識到。
[0030] 權利要求書以及摘要被納入下面闡述的詳細說明中并構(gòu)成下面闡述的詳細說明 的部分。
[0031] 此處所引用的所有出版物、文章、專利、已公開專利申請等通過引用整體結(jié)合于 此，包括美國專利申請公開No. 2011/0122091以及美國臨時專利申請No. 61/564, 003和 61/564, 024。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0032] 圖1為根據(jù)本公開的示例性壓力感測觸摸系統(tǒng)的正視圖；
[0033] 圖2為壓力感測觸摸系統(tǒng)的透明薄片的截面圖；
[0034] 圖3是包括多個光源元件的示例性光源的自頂向下視圖；
[0035] 圖4A到4C是圖1的壓力感測觸摸系統(tǒng)的一部分的特寫截面圖，示出了光源如何 相對于透明薄片設置以將光耦合到所述透明薄片中以及來自手指的觸摸事件如何在觸摸 事件位置處散射光的不同的示例性實施例；
[0036] 圖5是檢測器計數(shù)對時間（秒）的繪圖，示出了不同壓力的觸摸事件如何在檢測 器計數(shù)中引起相應的變化以及可用于感測對于觸摸事件的相對壓力；
[0037] 圖6A和6B是工作在反射模式中的示例性壓力感測觸摸系統(tǒng)的立視圖；
[0038] 圖7A和7B是工作在散射模式中的示例性壓力感測觸摸系統(tǒng)的立視圖；
[0039] 圖8A示出在紅光中所獲取的指尖（頂部行）和橡皮擦（底部行）的圖像并且示出 從左到右由所述手指和橡皮施加到透明薄片的增加的壓力量，其中所述透明薄片經(jīng)由TIR 傳播該紅光；
[0040] 圖8B是利用從左到右增加的壓力量施加到透明薄片的頂部表面的手指的一系列 圖像，并且示出了作為所施加壓力的函數(shù)的從所述透明薄片散射的增加的光量；
[0041] 圖9A到9C是利用增加的壓力量向下按壓到透明薄片的頂部表面上的手指的示意 性截面圖并且示出了所述手指與所述透明薄片進行的增加的光學接觸量（面積）；
[0042]圖10是其中所述透明薄片的頂部表面為粗糙表面的示例性壓力感測觸摸系統(tǒng)的 一部分的特寫橫截面圖；
[0043] 圖11是其中所述透明薄片的頂部表面具有一層或多層的示例性壓力感測觸摸系 統(tǒng)的一部分的特寫橫截面圖；
[0044] 圖12A、12B以及13A和13B示出了利用經(jīng)調(diào)制的檢測器信號來確定施加在觸摸事 件位置處的壓力量的差別的壓力感測觸摸系統(tǒng)的示例性實施例；
[0045] 圖13C和13D示出了利用在所述透明薄片的頂部和底部處的波導的壓力感測觸摸 系統(tǒng)的示例性實施例；
[0046] 圖13E是圖13D中所示的波導結(jié)構(gòu)的自頂向下視圖，示出了光如何以垂直于在頂 層內(nèi)光的傳播的方向在該頂層內(nèi)發(fā)散；
[0047] 圖13F是壓力感測觸摸系統(tǒng)的示例性實施例，其中溝道波導陣列設置在透明薄片 的頂部表面上，且其中該系統(tǒng)作為示例被配置為響應施加在透明薄片上的選取位置處的壓 力的鍵盤；
[0048] 圖14A和14B示出其中力感測設備用于測量被施加至壓力感測觸摸系統(tǒng)的透明薄 片的頂部表面的力的量的不同的示例性實施例；以及
[0049] 圖15A到15C示出利用與常規(guī)顯示器單元交互的壓力感測觸摸系統(tǒng)的壓力感測顯 示設備的示例性實施例；
[0050] 將在以下詳細描述中陳述本公開的附加特征和優(yōu)點，這些特征和優(yōu)點對于本領域 的技術人員來說根據(jù)該描述將是顯而易見的，或者通過實施本文中以及權利要求書和附圖 中描述的本公開可認識到。
[0051] 為了參考起見在某些附圖中顯示了笛卡爾坐標，但是笛卡爾坐標不旨在關于方向 或取向的限制。
[0052] 詳細描述
[0053] 圖1為根據(jù)本公開的示例性壓力感測觸摸系統(tǒng)10的示意圖。壓力感測觸摸系統(tǒng) 10可例如連同蜂窩電話、鍵盤、觸摸屏和諸如能夠無線通信的其他電子設備、音樂播放器、 筆記本計算機、移動設備、游戲控制器、計算機"鼠標"、電子圖書閱讀器等等的顯示器用于 多種消費電子物品。
[0054] 圖1的示例性壓力感測觸摸系統(tǒng)10包括透明薄片20,具有如下所討論的毗鄰透 明薄片周邊設置的至少一光源1〇〇以及至少一檢測器200。通過示例的方式示出一個光源 100和一個檢測器200,并不出來自光源的不例性光束（光）104,該光束在從所述光源到所 述檢測器的全內(nèi)反射（TIR)光路0P上傳播。下面更詳細地描述在透明薄片20內(nèi)以及在可 操作地布置在所述透明薄片上的附加波導中的多個光束104的傳播。
[0055] 可利用多個光源100 (或等效地，可利用有多個光源元件的光源）以及可利用多個 檢測器200 (或等效地，具有多個檢測器元件的檢測器），尤其當需要確定一個或多個觸摸 事件的位置時。此外，一個或多個光源100以及一個或多個檢測器200可被可操作地布置 以確保整個（或基本上整個）透明薄片可被用來感測觸摸事件的壓力。這可包括，例如，循 環(huán)激活光源100和檢測器200的組（例如，對）以確保覆蓋針對觸摸事件的所有可能位置。 在一個示例中，可以以遠快于觸摸事件的典型持續(xù)時間的速率來執(zhí)行所述循環(huán)，該觸摸事 件施加壓力以引發(fā)來自壓力感測觸摸系統(tǒng)10的響應。
[0056] 在替代性示例中，由于在透明薄片主體21內(nèi)光104的傳播在范圍上受限，因而僅 一部分透明薄片20被用來感測觸摸事件。在這種情況下，所述透明薄片20可包括標記（未 示出），該標記指引用戶在選擇區(qū)域內(nèi)定位觸摸事件，在該選擇區(qū)域中可檢測與觸摸事件相 關聯(lián)的壓力。
[0057]如下所討論的，光源100和檢測器200可從邊緣或底部直接耦合至所述透明薄片。 可選地，光源100和檢測器100可利用光學裝置（諸如透鏡、棱鏡、光柵等）光耦合至透明 薄片20以獲得光104的期望分布以在透明薄片內(nèi)傳播。用于促進光耦合的光學裝置的使 用可被用來提高或優(yōu)化耦合效率以及提高壓力感測觸摸系統(tǒng)10的性能。
[0058] 示例檢測器200包括光電二極管以及各種類型的光電傳感器。示例光源100包括 LEDs、激光二極管、基于光纖的激光器、擴展光源等。
[0059] 在本公開的示例性實施例中，感測與觸摸事件TE相關聯(lián)的壓力量（例如，相對壓 力量）而不考慮壓力被施加的觸摸事件位置。本公開的各方面包括將本公開的所述壓力感 測觸摸系統(tǒng)與常規(guī)位置感測觸摸系統(tǒng)相結(jié)合，這將允許確定觸摸事件的位置以及與觸摸事 件相關聯(lián)的壓力量兩者。本公開的其它方面包括利用力感測設備進行絕對壓力測量，如下 所述。其它實施例包括提供用于觸摸事件定位的手段，諸如使用波導陣列而不是僅單個波 導。這些實施例在下面闡述。
[0060] 在示例中，壓力感測觸摸系統(tǒng)10包括可選蓋40,該蓋40用于覆蓋光源100和200 以使觀察者（參見，例如，觀察者500,圖15C)從上方（即，通過頂部表面22)看不到它們。 在一個示例中，蓋40用作邊框的角色。在一個示例中，蓋40可以是任何類型的遮光構(gòu)件、 膜、涂料、玻璃、組件、材料、紋理、結(jié)構(gòu)等，用于遮擋至少可視光并被配置成阻止壓力感測觸 摸系統(tǒng)10的某個部分被使用者看到，或阻擋一個光波長而傳播另一個。
[0061] 在下面討論的示例性實施例中（參見例如，圖4C)，蓋40可駐留在相對于透明薄片 20的任何地方（例如，如下文介紹和討論的，底部表面24)，用來阻止觀察者看見光源100 或檢測器200。蓋40不必是連續(xù)的且可由分塊或分段組成。此外，蓋40可用來屏蔽檢測 器200免于接收除了來自光源100的光104之外的光，諸如抑制太陽光。因而，在一個示例 中，蓋可對一個波長（例如，可見光波長）為基本不透明的且對另一波長（例如，對于來自 光源100的光104的紅外波長）是基本透明的。
[0062]繼續(xù)參見圖1，壓力感測觸摸系統(tǒng)10包括可操作地連接（例如，經(jīng)由總線301)至 所述一個或多個光源100以及一個或多個檢測器200的控制器300?？刂破?00配置成控 制壓力感測觸摸系統(tǒng)10的操作。所述控制器300包括全部可操作地布置的處理器302、設 備驅(qū)動器304和接口電路306。
[0063] 在一個示例中，控制器300是或包括計算機且包括用于從計算機可讀介質(zhì)，諸如 軟盤、⑶-R0M、DVD、M0D或另外的數(shù)字源（諸如網(wǎng)絡或因特網(wǎng)）以及仍在開發(fā)的數(shù)字裝置中 讀取指令和/或數(shù)據(jù)的設備，例如，軟盤驅(qū)動器、CD-ROM驅(qū)動器、DVD驅(qū)動器、磁光盤（MOD) 設備（未示出）或任何其它包括網(wǎng)絡連接設備（諸如以太網(wǎng)設備（未示出））的數(shù)字設備。 所述計算機執(zhí)行存儲在固件中的指令（未示出）。
[0064]所述計算機是可編程的以執(zhí)行本文中所描述的功能，包括操作壓力感測觸摸系統(tǒng) 以及測量例如壓力的相對量以及觸摸事件或多個觸摸事件的位置和多重壓力所需的任何 信號處理。如此處所使用的，術語計算機不僅僅限于在本領域被稱為計算機的這些集成電 路，而寬泛地指代計算機、處理器、微控制器、微計算機、可編程邏輯控制器、專用集成電路 以及其它可編程電路，且這些術語在這里可互換地使用。
[0065] 軟件可實現(xiàn)或有助于執(zhí)行此處公開的壓力感測功能和操作。所述軟件可為可操作 地安裝在控制器300或處理器302中。軟件功能可涉及編程，包括可執(zhí)行代碼，且這些功能 可用于實現(xiàn)此處公開的方法?？捎上挛闹忻枋龅耐ㄓ糜嬎銠C或處理器單元執(zhí)行這些軟件代 碼。
[0066] 在操作中，該代碼以及可能地相關聯(lián)的數(shù)據(jù)記錄被存儲在通用計算機平臺內(nèi)、在 處理器單元內(nèi)、或在本地存儲器中。然而，在其它時候，該軟件可被存儲在其它位置處和/ 或被傳輸以加載到合適的通用計算機系統(tǒng)中。因此，本文中所討論的實施例涉及由至少一 個機器可讀介質(zhì)所攜帶的采取一個或多個代碼模塊形式的一個或多個軟件產(chǎn)品。通過計算 機系統(tǒng)的處理器或處理器單元執(zhí)行這些代碼使所述平臺能夠主要以在本文中討論和示出 的實施例中執(zhí)行的方式來實現(xiàn)目錄和/或軟件下載功能。
[0067] 如下文所討論的計算機和/或處理器可各自采用計算機可讀介質(zhì)或機器可讀介 質(zhì)，其是指參與向處理器提供指令以供執(zhí)行的任何介質(zhì)，包括例如，確定與觸摸事件相關聯(lián) 的壓力量，如以下所解釋的。以下所討論的任何存儲器構(gòu)成計算機可讀介質(zhì)。這樣的介質(zhì) 可采取許多形式，包括但不限于非易失性介質(zhì)、易失性介質(zhì)和傳輸介質(zhì)。非易失性介質(zhì)包 括，例如，光盤或磁盤，諸如以上所討論的作為一個服務器平臺操作的任何計算機中的任一 存儲設備。易失性介質(zhì)包括動態(tài)存儲器，諸如這樣的計算機平臺的主存儲器。物理傳輸介 質(zhì)包括同軸電纜、銅導線和光纖，包括含計算機系統(tǒng)內(nèi)部總線的各類導線。
[0068] 計算機可讀介質(zhì)的常見形式因此包括，例如：軟盤、軟磁盤、硬盤、磁帶，任何其它 磁介質(zhì)、CD-ROM、DVD、任何其它光介質(zhì)、不常使用的介質(zhì)諸如穿孔卡片、紙帶、具有孔圖案的 任何其它物理介質(zhì)、RAM、PR0M、以及EPROM、FLASH-EPR0M、任何其它存儲器芯片或磁帶盒、 傳播數(shù)據(jù)或指令的載波、傳播這樣的載波的電纜或鏈路、或計算機可從中讀取編程代碼和/ 或數(shù)據(jù)的任何其它介質(zhì)。在將一個或多個指令的一個或多個序列運送至處理器以供執(zhí)行時 可涉及許多這些形式的計算機可讀介質(zhì)。
[0069] 圖2是透明薄片20的截面圖。透明薄片20包括主體部分或主體21、頂部表面22、 底部表面24和限定周邊27的至少一個邊緣26。示例性透明薄片20通常為矩形且包括四 個邊緣26,并且透明薄片的該示例作為實例用于以下討論?？蓪ν该鞅∑?0使用其他形 狀，諸如圓形。此外，可使透明薄片20成形以在空間中形成3D形狀。例如，它可具有向下 彎曲的邊緣26。邊緣26可以是斜面的、圓的、錐形的或具有另外的形狀。在一個示例中，選 擇邊緣26的形狀以減小或最小化在薄片內(nèi)傳播的光104的反射。在另一示例中，選擇邊緣 26的形狀以增大或最大化在薄片內(nèi)傳播的光104的反射。周邊27可具有適用于特定應用 的任何合理的形狀或配置。
[0070] 通常地，透明薄片20可具有任何合理的配置以允許其用作光104的波導，同時也 能提供用戶可施加壓力以引發(fā)來自壓力感測觸摸系統(tǒng)10的響應的地方。
[0071 ] 同樣再次參見圖1，透明薄片20具有厚度TH，該厚度是基本上均勻的（S卩，頂部和 底部表面22和24是基本上平行的）。在示例中，透明薄片20為矩形并且具有在X方向上 的尺寸（長度）LX和在Y方向上的長度LY，并因此具有由四個邊緣26限定的四個轉(zhuǎn)角。一 般而言，透明薄片20可具有其中邊緣26限定多個轉(zhuǎn)角的形狀。
[0072]透明薄片20可通常由可形成為薄平面薄片的任何合適的透明材料（諸如，塑料、 丙烯酸、玻璃等）制成，并且支持光在其主體21中傳播而不具有由于散射或吸收引起的實 質(zhì)損耗。在示例性實施例中，透明薄片20具有當壓力局部施加在頂部表面22處時使其不 破壞地彎曲的厚度TH。在另一實施例中，該厚度TH被選擇成當壓力局部施加在頂部表面 22處時透明薄片20基本上不彎曲。對于透明薄片20的厚度TH的示例性范圍是從50微米 到5mm?？刹捎门c壓力感測觸摸系統(tǒng)10的特定應用相一致的其它厚度。
[0073] 在示例性實施例中，透明薄片20可以是化學強化玻璃，諸如堿石灰類型玻璃。用 于透明薄片20的示例性玻璃為通過離子交換硬化的堿性鋁硅酸鹽玻璃。這些類型的玻璃 可包括Na 20 (氧化鈉）、CaO (石灰）和Si02 (二氧化娃），但還可包括諸如MgO、Li20、K20、 ZnO和21<) 2的氧化物。一旦通過離子交換硬化，這些類型的玻璃呈現(xiàn)出使它們對于觸摸屏 應用以及其他應用（例如，用作蓋玻璃）是合乎需要的某些特性。關于適合于用作透明薄 片20的堿石灰類型的玻璃的配方或生產(chǎn)，或以上兩者的進一步詳細說明可在2007年7月 31日提交的美國專利申請11/888, 213、2009年8月7日提交的美國專利申請12/537, 393、 在2009年8月21日提交的美國專利申請12/545,475、和2009年2月25日提交的美國專 利申請12/392, 577中的一個或多個中找到。用于透明薄片20的示例性玻璃為來自美國紐 約州康寧市的康寧公司的Gorilla?玻璃。而且，諸如低鐵Gorilla?.玻璃或其它低鐵離子交 換玻璃的示例性玻璃對于IR波長光104是透明的。
[0074] 再次參見圖1，光源100被可操作地毗鄰透明薄片20的周邊27設置。在實施例 中，光源以IR波長（諸如750nm和950nm之間）發(fā)射光104。在以下討論中，光104在適當 的情況下也被稱為"光線" 104或"多個光線"或"光束" 104或"多個光束" 104。
[0075] 參見圖3,光源100可包括可操作地安裝在柔性電路板（"柔性電路"）110上的一 個或多個光源元件102,而柔性電路板110繼而被安裝至毗鄰透明薄片20的邊緣26設置的 印刷電路板（PCB) 112。在此處的討論中，光源100因此可意味著具有一個或多個光源元件 102的光源。類似地，檢測器200可包括具有多于一個檢測器元件（未示出）的檢測器。
[0076] 在實施例中，光源100通過邊緣26或通過底部表面24邊緣耦合至透明薄片20。 在本文中通過示例的方式討論邊緣耦合。在下面討論的其它實施例中，光源100和檢測器 200可操作地布置在透明薄片20的相同的邊緣26或相同的表面24處。
[0077] 在壓力感測觸摸系統(tǒng)10的一般操作中，處理器302經(jīng)由光源信號SL驅(qū)動光源100 的激活并且還控制檢測器200處光104的檢測。檢測器200響應于檢測光104產(chǎn)生檢測器 電信號SD，其中信號SD的強度代表所檢測的光的強度。接口電路306的部分可以接近檢測 器200放置。例如，特別是當處理器位于中央時，前置放大器和模數(shù)轉(zhuǎn)換器（未示出）可接 近檢測器200放置以消除可在處理器302和檢測器200之間的長導線中被誘發(fā)的噪聲。
[0078] 在示例中，處理器302控制光發(fā)射和檢測過程以優(yōu)化光104的檢測，例如通過從光 源元件102提供特性（例如，調(diào)制）至光104、或通過門控檢測器200降低噪聲等、或以上兩 者。該調(diào)制可為波長調(diào)制或強度調(diào)制。
[0079] 本公開的各方面包括確定通過手指、指示筆或類似工具施加到透明基底20的上 表面22上的相對壓力量。在下面的討論中，手指和具有可壓縮端的指示筆作為非限制性 示例用來描述壓力感測觸摸系統(tǒng)10的壓力感測能力。本公開的各方面包括檢測關聯(lián)多個 觸摸事件的各自的壓力，諸如當壓力感測觸摸系統(tǒng)10用在形成壓力感測鍵盤中時，如下所 述。這里注意施加到上表面20的壓力可通過駐留在表面22的頂上的另一表面，諸如下文 介紹和討論的涂層220。
[0080] 圖4A是透明薄片20的特寫截面圖，示出光源100和檢測器200如何光耦合至透 明薄片的示例。在圖4A的示例中，使用例如膠水或粘合劑103將光源100和檢測器200邊 緣耦合至它們相應的邊緣26,在一個示例中該膠水或粘合劑103為折射率匹配至所述透明 薄片以避免或最小化反射。
[0081] 當光源100被激活時，它發(fā)射在大量光路上傳播到透明薄片20的主體21中的光 1〇4(光線）。具有超過透明薄片20的臨界內(nèi)反射角0。（參見圖5)的角度的部分光104經(jīng) 由TIR保持限于透明薄片主體21中并在其中傳播。若內(nèi)反射光104的傳播保持不間斷，則 其將到達檢測器200。因而，透明薄片20充當支持大量導模的光波導，大量導模即在透明薄 片內(nèi)以超過臨界內(nèi)反射角9。的寬范圍的內(nèi)反射角9傳播的各光線104。
[0082] 檢測器200被配置成將所測得的光104轉(zhuǎn)換至上述檢測器電信號SD，在示例中， 上述檢測器電信號SD為光電流。如下文所描述的，檢測器電信號SD隨后被發(fā)送至處理器 302以供處理。這種處理用來提取涉及與觸摸事件TE相關聯(lián)的在透明薄片20的頂部表面 22處所施加的壓力中的變化的信息。
[0083] 圖4B類似于圖4A并且示出了其中光源元件100毗鄰透明薄片20的底部表面24 設置且光耦合至透明薄片20的底部表面24的替代性實施例。與邊緣耦合配置相比，該面 耦合配置提供包括更簡單制造、無框需求、以及潛在增加的觸摸靈敏度的若干優(yōu)點。當光 104發(fā)射到透明薄片20中時，多個模式按照以上結(jié)合邊緣耦合配置所討論的不同反彈角度 進行傳播。邊緣耦合配置更可能產(chǎn)生處于低反彈角度的模式，而表面耦合配置產(chǎn)生了處于 更高反彈角度的模式。由于具有更高反彈角度的光線104更頻繁地碰撞頂部表面22,因而 具有更高反彈角度的光線104提供增加的觸摸靈敏度，從而提供了與觸摸事件TE交互的更 大機會。
[0084] 為了阻止用戶500 (參見例如，圖15B)穿過透明薄片20看到光源元件102,可采 用一個或多個上述蓋40。在示例中，蓋40為至少在可見光波長處為不透明的且可選地在 IR波長處透光的膜的形式。用于蓋的示例膜包括吸收在包括可見光和IR波長的大范圍的 波長上的光的黑涂料。在圖4C所示的另一示例中，蓋可設置在光源100和透明薄片20的 底部表面24之間，在這種情況下，邊框需要對發(fā)光元件的波長基本上透明。在此情況下，光 104的適當?shù)牟ㄩL為IR波長。
[0085] 建模表明，利用圖4B的面耦合配置可將由光源元件102輸出的光104的大約28% 俘獲在透明薄片20內(nèi)，相比之下利用圖4A的邊緣耦合配置可俘獲該光的大約80%。
[0086] 繼續(xù)參照圖4A、4B和4C，當觸摸事件TE發(fā)生時，諸如當人的手指F觸摸透明薄片 20的頂部表面22時，其改變了如由透明薄片主體21以及頂部和底部表面22和24限定的 所述波導的TIR條件。這導致光104在頂部表面22被觸摸的點處（或更精確地，在光學接 觸區(qū)域上）被散射出透明薄片主體21作為散射光104S，從而使光束104衰減以形成繼續(xù)在 透明薄片20的主體21內(nèi)傳播的衰減光束104A。頂部表面22的觸摸被稱為利用工具（諸 如手指F)的觸摸事件TE且其位置在此被稱為觸摸事件位置。
[0087]到達檢測器200的衰減光束104的強度導致探測器電信號SD的信號強度產(chǎn)生變 化（例如，變化的光電流）（例如，與利用原始光束104進行的基線光電流測量進行比較） 且表明已經(jīng)發(fā)生觸摸事件TE。對于所測得的檢測器電信號SD的閾值T可用于確定是否已 發(fā)生觸摸事件TE。
[0088] 本公開包括測量衰減光束104中的衰減量并將其關聯(lián)到與觸摸事件TE有關的壓 力量。圖5是對于類似于圖1中所示的壓力感測觸摸系統(tǒng)10的配置，計數(shù)量對時間（秒） 的繪圖，其中橡皮擦被用作產(chǎn)生觸摸事件TE的工具。利用不同力將該橡皮擦壓入頂部表面 22且測量所得壓力（力/面積）作為時間的函數(shù)。在施加每個不同壓力之后從所述表面提 起該橡皮擦，即，使用不同壓力重復觸摸事件TE。
[0089] 如圖5中可見，檢測器200處的計數(shù)示出了對應（關聯(lián)）于5.45kPa，10.9kPa和 16. 3kPa的測得壓力的減少。注意基線計數(shù)在每個觸摸事件之間返回至相對恒定的值。因 而，所測得的衰減（例如，如利用ADC檢測器的計數(shù)所體現(xiàn)的）可被用作當用戶創(chuàng)建觸摸事 件TE時由用戶所施加的相對壓力的測量。當感測產(chǎn)生自手指F的觸摸的壓力時，歸因于從 手指到頂部表面22的油、水分和鹽的傳遞，所述基線計數(shù)可變化?？稍谶\行于控制器300 中的軟件中考慮該變化。
[0090] 反射模式中的壓力感測
[0091] 圖6A是示例性壓力感測觸摸系統(tǒng)10的立視圖，該示例性壓力感測觸摸系統(tǒng)10示 出了在反射模式中執(zhí)行壓力事件TE的壓力感測的示例性實施例。在圖6A的配置中，光源 100和檢測器200兩者均可操作地布置在透明薄片20的相同的邊緣26處。光源100在所 有方向的寬范圍的角度上發(fā)射光104并且該光104從透明薄片20的其它三個邊緣26以及 頂部和底部22和24內(nèi)反射出。在一個示例中，邊緣26以及表面22和24或是拋光的、或 是鏡面涂層的，或是涂覆有高反射率材料以使得TIR光反彈多次，利用在大量光路上傳播 的光104填充透明介質(zhì)主體21。圖6A示出從遠側(cè)邊緣26反射并被檢測器200接收的示例 性光線104。
[0092] 圖6B示出圖1的壓力感測觸摸系統(tǒng)10,但處于利用手指F引起觸摸事件TE的壓 力感測態(tài)。如上所述，隨著手指F與頂部表面接觸，引導光104在觸摸事件TE的表面22上 的位置處被吸收和散射。由檢測器200所測量的信號SD依賴于由手指F所施加的壓力量， 觸摸的結(jié)果為光電流中的減少，該光電流中的減少代表了與初始（未衰減）光束104相比 衰減光束104A減少的強度。
[0093] 散射模式中的壓力感測
[0094] 圖7A和7B類似于圖6A和圖6B并且示出了壓力感測觸摸系統(tǒng)10的示例性實施 例，其中壓力感測能力由光散射而不是由光反射提供。參見圖7A，使側(cè)壁26為充分吸收式 的。側(cè)壁26被示為涂覆有光吸收材料28,除了光源100和檢測器200存在處。
[0095] 參見圖7B，當觸摸事件TE發(fā)生時，一些散射光104S朝向檢測器200散射，作為散 射和衰減光104SA。衰減光104A沿著光104的原始路徑行進并且入射到側(cè)壁26上，在這 里其被沉積在側(cè)壁26上的吸收材料28吸收。在這種情況中，隨著手指F的壓力在觸摸事 件TE的位置處增加，散射光量增加，從而散射衰減光104SA的強度增加。檢測器200隨后 檢測散射衰減光104SA。此在觸摸事件TE處所施加壓力的增加引起散射衰減光104SA量的 相應的增加，這導致檢測器電信號SD中光電流的增加。隨后發(fā)送所述檢測器電信號SD至 控制器300以供處理進而測量在觸摸事件TE的位置處所施加壓力的量。
[0096]圖8A示出在紅光中所獲取的手指（頂部行）和橡皮擦（底部行）的圖像并且示 出從左到右增加的壓力量，該增加的壓力量被施加至經(jīng)由TIR傳播該紅光的透明薄片。觀 察到增加的壓力量導致散射出觸摸事件所處的透明薄片的頂部表面的光量的增加。散射量 的增加是由于光學接觸量（面積）的增加，這導致在透明薄片的主體內(nèi)傳播的光與按壓到 透明薄片的頂部表面的物體越來越強烈地相互作用。
[0097] 圖8B是利用從左到右增加的壓力量施加到透明薄片的頂部表面的手指F的一系 列提升圖像。此增加的手指壓力引起耦合入手指的增加的光量，如作為在觸摸事件位置處 所施加壓力的函數(shù)的增加的手指亮度所指示的。
[0098] 圖9A到9C是示出圖8B中所觀察到的現(xiàn)象的示意性截面圖。圖9A示出在觸摸事 件TE處具有指紋FP的手指F。為了便于說明，省略光104、散射光104S和衰減光104A。 [0099]在圖9A中，利用如箭頭AR1所指示的第一力的量F1將手指F壓入頂部表面22。 限定出指紋FP的脊R在一些標記為0C1到0C5的位置處與表面22進行光學接觸。這些光 學接觸位置各自具有與它們相關聯(lián)的確定的表面積，其導致通過力F1除以與光學接觸位 置0C1到0C5相關聯(lián)的表面積所定義的表面22上的壓力量。
[0100] 圖9B基本與圖9A相同但示出其中手指F的力增大至如箭頭AR2所指示的第二力 的量F2的情況。該附加的力致使脊R平坦化，這增加了在位置0C1到0C5處的光學接觸量。 這進而導致更多光在觸摸事件TE的位置處被散射出透明薄片20的主體21。
[0101] 圖9C示出其中施加如箭頭AR3所指示的第三力的量F3,該第三力的量F3足夠大 到使脊R基本變平以使基本上整個指尖在觸摸事件TE的位置處進行光學接觸0C的情況。 這用于顯著增加光學接觸面積且在觸摸事件TE的位置處將甚至更多的光104散射出透明 薄片20的主體21。
[0102] 表面粗糙度
[0103] 在圖10所示的壓力感測觸摸系統(tǒng)100的示例性實施例中，頂部表面22提供一定 量的表面粗糙度，如特寫插圖所示。例如，若表面22具有峰P和谷V，則經(jīng)由與手指或其它 元件的光學接觸的可能的光耦合水平的范圍可被提高，該手指或其它元件用于產(chǎn)生觸摸事 件TE。在一個示例中，表面粗糙度的標度大約為指紋的標度，例如，從100微米到300微米 的范圍內(nèi)。這里，粗糙度標度可為峰谷之間的間距或均方根（RMS)粗糙度。在另一示例中， 該粗糙度在100納米和1mm之間。使用各種技術，諸如蝕刻、機械拋光、壓紋、微粒涂覆以及 其它已知方法，表面22可設置有粗糙度。所述表面粗糙度可以是隨機的、準隨機的或周期 性的、納米特征的、微米特征的或紋理化的。
[0104] 層狀表面
[0105] 圖11示出其中透明薄片20的表面22包括具有頂部表面222的一個或多個層220 的示例性實施例。通過示例的方式示出單個層220。層220可以是有機的或無機的。在示 例中，層220包括自組裝單層。示例性層220用于提供與表面22相比更大量的親水性或浸 潤性（olephilicity)。這進而可影響觸摸事件期間可進行的光學接觸的量或范圍，并因此 影響在觸摸事件位置處的基于壓力的光耦合的量或范圍。層220的其它示例包括抗反射層 以及光波長阻擋層。
[0106] 例如，在觸摸事件是由以給定的壓力施加到表面222的潮濕的手指所引起的情況 下，疏水性觸摸表面222將導致觸摸事件位置處較低的光耦合。用于層220的示例性材料 為將使表面疏水的氟化硅烷。可從康寧公司買到，被稱為E-Z clean?的材料可被用來形成 這樣的層220。
[0107] 可選擇其它用于層220的材料以提供防指紋特性。
[0108] 在示例性實施例中，層220可以是玻璃或高折射率環(huán)氧樹脂，其中相比于與具有 空氣界面的表面22相關聯(lián)的光損耗，選擇折射率以防止大量光損耗。
[0109] 經(jīng)調(diào)制的檢測器信號
[0110] 圖12A是利用經(jīng)調(diào)制的檢測器信號確定與觸摸事件相關聯(lián)的壓力量的壓力感測 觸摸屏10的示例性實施例的一部分的特寫圖。圖12A的壓力感測觸摸屏10包括激光器光 源100 (例如，分布式布拉格反射器OBR)激光器）、圓柱形透鏡240以及毗鄰透明薄片20的 邊緣26設置的光柵246,如所示。檢測器200被示為毗鄰相對邊緣26設置，利用設置在該 邊緣和檢測器之間的濾光片248過濾掉不想要的波長光，諸如可見環(huán)境光，例如，太陽光。
[0111] 激光器光源1〇〇沿至少一個方向發(fā)射光104。圓柱形透鏡240配置成準直光104 以使該光作為準直光入射到光柵246上。光柵246配置成將光104分成兩光束，即與第零 衍射級相關聯(lián)的"第零"光束104-0以及與第一衍射級相關聯(lián)的第一光束104-1。
[0112] 光源100為通過控制器300的處理器302經(jīng)由光源控制信號SL(也參見圖1)波 長調(diào)制。光束104-0和104-1兩者均入射到檢測器200上并干涉以產(chǎn)生由于波長調(diào)制以及 各光束的不同的光程而移動的正弦函數(shù)。因而，該配置限定出一干涉儀（例如，邁克爾遜干 涉儀）。檢測器200檢測所干涉光束104-0和104-1并產(chǎn)生被發(fā)送至控制器300以供處理 的檢測器信號SD。檢測器信號SD由控制器300進行處理（過濾）以使僅檢測激光器調(diào)制 頻率下的光。這可通過例如鎖相放大器來實現(xiàn)。
[0113] 在其中沒有觸摸事件TE的圖12A的情況中，光束104-0和104-1兩者以大致相同 的強度或至少在強度中的固定差到達檢測器200。這限定經(jīng)處理的檢測器信號中的調(diào)制，如 插圖所示，其中調(diào)制對比度歸一化到1。
[0114] 圖12B類似于圖12A，除了現(xiàn)在手指F在透明薄片20的表面22上向下按壓以引起 觸摸事件TE。這導致由與手指F的光學接觸引起的散射光104S，該散射光104S與第一光 束104-1相互作用以形成繼續(xù)向檢測器200傳播的經(jīng)衰減的第一光束104-1A。與此同時， 所述第零光束104-0繼續(xù)向檢測器200行進而沒有被衰減。由于所述第一光束104-1已經(jīng) 被衰減以形成具有比原始光束104-1低的強度的經(jīng)衰減的光束104-1A，因而經(jīng)處理的檢測 器信號SD的調(diào)制對比度降低，如圖12B的插圖所示。由于在觸摸事件TE的位置處的散射光 104S量是在該位置處所施加壓力的函數(shù)，因而在調(diào)制對比度中所測得的降低代表了所施加 的壓力。
[0115] 圖13A是包含在透明薄片20的表面22的頂上的層220的壓力感測觸摸屏10的 示例性實施例的一部分的特寫圖。在示例中，層220為經(jīng)由例如在透明薄片20的主體21 內(nèi)的離子交換形成的漸變折射率層。層220也可是恒定折射率層，其中所述折射率高于透 明薄片20的主體21的折射率以使該層用作波導層。因而，圖13A的配置包括與層220相 關聯(lián)的面波導以及與透明薄片20的主體21相關聯(lián)的體波導。在示例中，光柵246或其它 光耦合元件或部件靠近光源100和檢測器200設置在位于主體21和層220之間的界面處 以將光耦合入層220的外面。
[0116] 光源100和檢測器200被示為可操作地毗鄰透明薄片20的底部表面24設置。由 光源100發(fā)射的光104采取兩個主要的光路，并因此通過光104-1表示在面波導和體波導 兩者中傳播的那些光且通過光102-2表示主要在層220的面波導中傳播的那些光。由于與 透明薄片20的主體21相關聯(lián)的體波導比與層220相關聯(lián)的面波導厚，因而光104-1將經(jīng)歷 比光104-2少的從最上面的表面222的反彈。兩波導間的折射率差將導致不同的傳播角， 且因此導致對于104-1和104-2的不同的光路長度。可通過不同的角度和折射率兩者產(chǎn)生 不同的傳播長度。如以上結(jié)合圖12A和12B所描述的示例性實施例，光源100是激光器，并 且該光源為經(jīng)由光源控制信號SL進行波長調(diào)制的。
[0117] 光源100的波長調(diào)制以及由光104-1和光104-2所傳播的不同的光程長度導致發(fā) 生在檢測器200處的干涉，這產(chǎn)生經(jīng)調(diào)制的檢測器信號SD。經(jīng)調(diào)制的檢測器信號SD由如上 所述的控制器300進行處理以提取信號中的調(diào)制對比度。當沒有觸摸事件時，所述調(diào)制對 比度在最大值處。
[0118] 更具體地，2個傳播波之間的相位差dtp由dcp=27iLAn/X給出，其中L為傳播距 離，An為主體21和層220之間的折射率之差，且A是光104的波長。此相位差公式假設 構(gòu)成透明薄片20的主體21的玻璃體遠大于表面層以使體模式主要在不同于表面層的主體 內(nèi)傳播。
[0119] 作為示例，可假設〇? 1米的傳播距離L，折射率對比（差）A n = 〇? 01 (其是利用鉀 離子交換在透明薄片20中形成的層220的典型值）且使用約1微米的標稱波長（諸如由 IR DBR激光器產(chǎn)生），在檢測處產(chǎn)生充分調(diào)制信號所需的波長調(diào)制幅度約為lnm，這很好地 在激光器光源100 (諸如DBR或DFB激光器）的能力內(nèi)。
[0120] 從檢測器電子信號SD中確定的所述調(diào)制對比度、強度I以及調(diào)制對比度C由下式 給出：

【權利要求】
1. 一種用于感測在觸摸事件位置處的壓力的量的壓力感測觸摸系統(tǒng)，包括： 透明薄片，具有頂部表面、底部表面以及包含邊緣的周邊，其中所述觸摸事件發(fā)生在頂 部表面上的觸摸事件位置處。 至少一個光源，相對于所述透明薄片可操作地布置，并且所述光源發(fā)射耦合入所述透 明薄片的光以使所述光經(jīng)由全內(nèi)反射傳播；以及 至少一個檢測器，相對于所述透明薄片和所述光源可操作地布置并且產(chǎn)生檢測器電信 號，所述檢測器電信號具有代表了在透明薄片內(nèi)傳播的光的所測得強度的信號強度，其中 所述觸摸事件引起所測得的光強度中的變化，所述變化對應于施加在觸摸事件位置處的壓 力中的變化。
2. 如權利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，進一步包括可操作地耦合至所述至少一個 光源和所述至少一個檢測器的控制器，所述控制器配置成接收所述檢測器電信號并確定施 加在觸摸事件位置處的壓力中的變化。
3. 如權利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于，進一步包括經(jīng)波長調(diào)制的光源以在所述檢 測器處形成強度調(diào)制光。
4. 如權利要求3所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述檢測器電信號由所述控制器進行處理 以確定代表施加在觸摸事件位置處的壓力中的變化的調(diào)制對比度。
5. 如權利要求1-4中任一項所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述透明薄片對紅外（IR)光基 本上透明，其中從所述至少一個光源所發(fā)射的光包括IR光，并且其中所述至少一個檢測器 配置成檢測所述IR光。
6. 如權利要求1-5中任一項所述的系統(tǒng)，其特征在于，進一步包括為粗糙化表面的頂 部表面。
7. 如權利要求1-6中任一項所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述粗糙化表面有著具有位于 100微米到500微米之間的尺寸的特征。
8. 如權利要求1-7中任一項所述的系統(tǒng)，其特征在于，進一步包括設置在所述透明薄 片的頂部表面上的層，其中所述層提高了 a)壓力感測靈敏度和b)可檢測壓力的范圍中的 至少一個。
9. 如權利要求1-8中任一項所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述透明薄片包括主體，所述系 統(tǒng)進一步包括毗鄰透明層的頂部表面并位于所述透明薄片的主體中的離子交換區(qū)域，其中 所述離子交換區(qū)域限定出面波導且所述透明層的主體限定出體波導，其中所述面波導和體 波導用于將光從所述光源引導至所述探測器。
10. 如權利要求1-9中任一項所述的系統(tǒng)，其特征在于，進一步包括相對于所述透明薄 片可操作地布置的至少一個力感測設備以測量與所述觸摸事件相關聯(lián)的力的量。
11. 如權利要求10所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括可操作地耦合至所述至少 一個力感測設備的控制器且所述控制器被配置成將所測得的力的量轉(zhuǎn)換成與所述觸摸事 件相關聯(lián)的壓力。
12. 如權利要求10所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述至少一個力感測設備是從包括力感 測電阻器、基于壓電的力感測設備、基于電路的應變儀、光學應變儀、電容性應變儀以及基 于加速計的力傳感器的壓力感測設備組中選擇的一個力感測設備。 13?-種具有壓力感測能力的顯示器系統(tǒng)，包括： 如權利要求1-12中任一項所述的壓力感測觸摸屏；以及 具有顯示器的顯示器單元，其中所述壓力感測觸摸屏可操作地毗鄰所述顯示器設置。
14. 一種確定由工具在位于透明薄片的頂部表面上的觸摸事件的位置處所施加的壓力 的相對量的方法，包括： 利用全內(nèi)反射發(fā)送來自至少一個光源的光通過所述透明薄片； 檢測至少一個檢測器處的光并產(chǎn)生第一檢測器電信號，其中所述經(jīng)檢測的光被在頂部 表面處的工具所施加的壓力散射或與在頂部表面處的工具所施加壓力的量成比例地衰減； 以及 從所述第一檢測器電信號中確定在觸摸事件的位置處由所述工具施加的壓力的量。
15. 如權利要求14所述的方法，其特征在于，所述工具為手指、鉛筆、鋼筆或指示筆。
16. 如權利要求14或15所述的方法，其特征在于，進一步包括測量不存在觸摸事件時 的基線檢測器電信號，并且將所述第一檢測器電信號與所述基線檢測器電信號進行比較以 確定在所述觸摸事件的位置處由所述工具所施加的壓力的量。
17. 如權利要求14-16中任一項所述的方法，其特征在于，所述光具有一波長且進一步 包括： 調(diào)制所述光的波長； 使所述波長調(diào)制光通過光柵以將入射到所述光柵上的光分成第一和第二光束； 檢測所述第一和第二光束以使所述第一檢測器電信號包括強度調(diào)制信息； 處理所述第一檢測器電信號以確定代表在所述觸摸事件位置處由所述工具施加的壓 力的相對量的調(diào)制對比度。
18. 如權利要求14-17中任一項所述的方法，其特征在于，進一步包括利用相對于所述 透明薄片可操作地布置的一個或多個力感測設備測量在所述觸摸事件位置處由所述工具 所施加的力。
19. 如權利要求14-18中任一項所述的方法，其特征在于，進一步包括將所述頂部表面 形成為粗糙表面。
20. 如權利要求14-19中任一項所述的方法，其特征在于，進一步包括提供位于所述頂 部表面頂上的層，其中所述層提高了壓力感測靈敏度和/或范圍。
21. 如權利要求14-20中任一項所述的方法，其特征在于，包括將所述至少一個光源和 所述至少一個檢測器設置在所述透明薄片的同一側(cè)。
22. 如權利要求14-21中任一項所述的方法，其特征在于，包括將所述至少一個光源或 所述至少一個檢測器設置在所述透明薄片的不同邊緣處。
【文檔編號】G06F3/041GK104487923SQ201380022842
【公開日】2015年4月1日 申請日期:2013年4月23日 優(yōu)先權日:2012年4月30日
【發(fā)明者】I·巴哈拉夫, J·S·金 申請人:康寧股份有限公司