專利名稱：計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的用戶輸入設(shè)備的制作方法
背景技術(shù)：
1.發(fā)明領(lǐng)域本發(fā)明涉及一種用戶輸入設(shè)備，特別涉及一種計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的用戶輸入設(shè)備。
2.現(xiàn)有技術(shù)的說明計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的用戶輸入設(shè)備可以采取許多形式。所感興趣的兩種形式的用戶輸入設(shè)備是觸摸屏和基于筆的屏幕。觸摸屏通過用戶以手指觸摸顯示屏來提供用戶輸入。基于筆的屏幕通過用戶以記錄筆或鋼筆接觸顯示屏來提供用戶輸入。
提供觸摸屏或基于筆的屏幕的一個(gè)常規(guī)方法是在顯示屏上覆蓋一個(gè)阻性或容性薄膜。常規(guī)薄膜方法的一個(gè)問題是薄膜容易被破壞。常規(guī)薄膜方法的另一個(gè)問題是這個(gè)方法的成本對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)尺寸或較大的顯示屏來說太貴，因?yàn)樗请S周長(zhǎng)以平方測(cè)量的。常規(guī)薄膜方法的另一個(gè)問題是大量半透明的薄膜覆蓋在顯示屏上。于是薄膜使得顯示屏看起來顯得模糊。為了補(bǔ)償，顯示屏應(yīng)該提供更大強(qiáng)度的光輸出，但這樣并不總是足夠有效的。例如，在便攜式計(jì)算機(jī)的情況下，通常沒有另外的光強(qiáng)度，并且，如果有的話，將會(huì)導(dǎo)致額外的功率消耗，而使便攜式計(jì)算機(jī)的電池過度緊張。
提供觸摸屏或基于筆的屏幕的另一種方法是使用成組紅外發(fā)光二極管(LED)來提供光，使用對(duì)應(yīng)的成組光電晶體管來檢測(cè)光。常規(guī)基于光的方法的一個(gè)主要問題是它需要大量部件。并且這些部件對(duì)于在便攜式計(jì)算機(jī)上使用還太大。常規(guī)基于光的方法的另一個(gè)問題是它不能提供基于筆的屏幕所需的高分辨率。另外，常規(guī)基于光的方法由于所需的大量部件而太貴。
提供觸摸屏或基于筆的屏幕的另一種方法是使用光纜、液晶顯示屏(LCD)作為可控掩膜，并使用一種多路復(fù)用方案。這樣一種方法在美國(guó)專利No.5,196,836中進(jìn)行了描述。在這里，雖然只使用了一個(gè)光發(fā)射器，但從光纜輸出的光的擴(kuò)散嚴(yán)重到需要可控LCD掩膜來順序地同時(shí)隔離只從一個(gè)光纜輸出的光。從隔離的光纜接收的光也需要在接收端進(jìn)行隔離。給定這個(gè)結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)必須采用多路復(fù)用方案掃描通過每個(gè)光纜，這使得該方法非常慢。此外，該方法不能產(chǎn)生基于筆的屏幕所需的高分辨率，并且制作起來還相當(dāng)昂貴。
因此，需要能夠以適度的成本提供高分辨率的改進(jìn)的用戶輸入設(shè)備。
發(fā)明概述概括地說，本發(fā)明涉及采用光格柵提供位置信息的電子設(shè)備的用戶輸入設(shè)備。采用引導(dǎo)光的發(fā)射和接收的波導(dǎo)產(chǎn)生和處理光格柵?？蛇x地，可以使用光學(xué)器件來增強(qiáng)用戶輸入設(shè)備的操作。該用戶輸入設(shè)備特別適合于作為計(jì)算機(jī)系統(tǒng)等的用戶輸入設(shè)備來使用。
本發(fā)明可以以許多方式實(shí)施，包括作為裝置、系統(tǒng)和方法。下面討論本發(fā)明的幾個(gè)實(shí)施例。
依據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的裝置包括光源；光耦合以接收來自光源的光的發(fā)射波導(dǎo)部分，發(fā)射波導(dǎo)部分由絕緣材料形成，包括多個(gè)光發(fā)射波導(dǎo)，光發(fā)射波導(dǎo)響應(yīng)于從光源接收的光產(chǎn)生第一組光束，第一組光束從第一方向的光發(fā)射波導(dǎo)發(fā)出；接收波導(dǎo)部分，與第一方向的發(fā)射波導(dǎo)分開放置，接收波導(dǎo)部分由絕緣材料形成，包括多個(gè)光接收波導(dǎo)，光接收波導(dǎo)用于接收從光發(fā)射波導(dǎo)發(fā)出的第一組光束；以及光檢測(cè)器，與接收波導(dǎo)部分光耦合，接收來自接收波導(dǎo)部分的光接收波導(dǎo)的光，光檢測(cè)器測(cè)量來自接收波導(dǎo)部分的光接收波導(dǎo)的光的光強(qiáng)度。該實(shí)施例還包括在光學(xué)上位置接近發(fā)射波導(dǎo)部分的透鏡，以將從光發(fā)射波導(dǎo)發(fā)出的第一組光束向接收波導(dǎo)部分的對(duì)應(yīng)的光接收波導(dǎo)校準(zhǔn)。
作為電子設(shè)備的輸入設(shè)備，本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例包括至少一個(gè)光源；在多個(gè)光檢測(cè)元件檢測(cè)光強(qiáng)度的光檢測(cè)器；以及，包括多個(gè)波導(dǎo)的金屬版印刷限定的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)。光源將光耦合進(jìn)波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的第一組波導(dǎo)，波導(dǎo)結(jié)構(gòu)從耦合進(jìn)波導(dǎo)的光產(chǎn)生光束格柵(grid of lightbeam)。光束格柵穿過一個(gè)輸入?yún)^(qū)域，然后由波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的第二組波導(dǎo)引向光檢測(cè)器。
作為確定相對(duì)于輸入設(shè)備的用戶輸入的方法，本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例包括如下操作提供一個(gè)光源；從光源產(chǎn)生多個(gè)平行光束；同時(shí)將平行光束引導(dǎo)通過輸入設(shè)備的輸入?yún)^(qū)域，輸入?yún)^(qū)域相對(duì)于輸入設(shè)備被定位；同時(shí)接收已經(jīng)通過輸入?yún)^(qū)域后的特定平行光束；確定所接收的每個(gè)平行光束的光強(qiáng)度；以及，根據(jù)所確定的光強(qiáng)度值確定相對(duì)于輸入?yún)^(qū)域是否有用戶輸入。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是很多的。本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是可獲得高分辨率。本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是輸入設(shè)備的成本適中，并明顯低于常規(guī)設(shè)計(jì)，因?yàn)槌杀臼请S周長(zhǎng)以線性計(jì)算的，從而使得該輸入設(shè)備在普通和大尺寸顯示屏上特別有好處。本發(fā)明的又一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是顯示屏強(qiáng)度不受妨礙。本發(fā)明的又一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是輸入設(shè)備需要很少的相對(duì)較小、便宜且容易安裝在二維表面上的部件。
通過下面結(jié)合附圖進(jìn)行的、以例示方式顯示出本發(fā)明的原理的詳細(xì)說明，本發(fā)明的其他方面和優(yōu)點(diǎn)將變得明顯。
附圖簡(jiǎn)要說明通過下面結(jié)合附圖進(jìn)行的詳細(xì)說明，本發(fā)明將變得容易理解，其中相似的標(biāo)號(hào)代表相似的結(jié)構(gòu)部件，其中

圖1是依據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的輸入位置檢測(cè)系統(tǒng)的方框圖；圖2是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的示意圖；圖3是依據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的輸入設(shè)備的示意圖；圖4是依據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的輸入設(shè)備的原理圖；圖5顯示了依據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的波導(dǎo)安排的原理圖；圖6A和6B是圖5中所示波導(dǎo)的橫斷面圖；圖6C是顯示依據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的波導(dǎo)部分的結(jié)構(gòu)構(gòu)造的示意圖；圖6D是依據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例用于制作圖6C中所示波導(dǎo)的制作過程的流程圖；圖6E是顯示輸出波導(dǎo)的示意圖；圖6F是依據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例用于制作波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的制作過程的流程圖；圖7A是顯示光耦合進(jìn)波導(dǎo)的示意圖；圖7B是顯示波導(dǎo)耦合到接收器的示意圖；圖7C是依據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例用于實(shí)施接收器的ASIC布局的方框圖8是依據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的初始化處理的流程圖；圖9是依據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的閾值調(diào)節(jié)處理的流程圖；圖10A是依據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的陰影檢測(cè)處理的流程圖；圖10B和10C是顯示依據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的陰影檢測(cè)處理的例子的示意圖；圖11A和11B是顯示將微透鏡接近波導(dǎo)放置以減輕從波導(dǎo)發(fā)射出的光的擴(kuò)散的原理圖；以及圖12A-12D是依據(jù)本發(fā)明的其他實(shí)施例的輸入設(shè)備的原理圖。
發(fā)明詳細(xì)說明本發(fā)明涉及采用光格柵提供位置信息的電子設(shè)備的用戶輸入設(shè)備。采用引導(dǎo)光的發(fā)射和接收的波導(dǎo)來產(chǎn)生和處理光格柵。可選地，可以使用光學(xué)器件來增強(qiáng)用戶輸入設(shè)備的操作。該用戶輸入設(shè)備特別適合于作為計(jì)算機(jī)系統(tǒng)等的用戶輸入設(shè)備來使用。
下面參考圖1-12D討論本發(fā)明的實(shí)施例。然而，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將會(huì)容易地理解，這里關(guān)于這些附圖所給出的詳細(xì)說明是例示性目的，本發(fā)明還延伸到這些有限實(shí)施例之外。
圖1是依據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的輸入位置檢測(cè)系統(tǒng)100的方框圖。輸入位置檢測(cè)系統(tǒng)100包括將光送往波導(dǎo)104的光源102。波導(dǎo)104將輸入光重新引導(dǎo)成多個(gè)光束106，該多個(gè)光束106通過傳輸媒介108引向波導(dǎo)110。波導(dǎo)110將接收的光束107作為光束114送往光接收器112。然后光接收器112根據(jù)每個(gè)光束114的所接收光的強(qiáng)度級(jí)確定光接收器112接收的每個(gè)光束114是“開”還是“關(guān)”。
光接收器112將被阻塞(例如，由用戶輸入)同時(shí)被引導(dǎo)通過傳輸媒介108的那些光束106識(shí)別為“關(guān)”光束。用戶的手指(觸摸輸入)或記錄筆(基于筆的輸入)阻止一個(gè)或多個(gè)光束106到達(dá)波導(dǎo)110和光接收器112。被阻塞的特定的一個(gè)或多個(gè)光束106于是提供了用戶輸入相對(duì)于光束106的位置，光束106最好相對(duì)于傳輸媒介108(例如，顯示屏)具有一預(yù)先確定的相對(duì)位置。因此，光接收器112確定為“關(guān)”的一個(gè)或多個(gè)光束114表明用戶輸入的位置。
可選地，輸入位置檢測(cè)系統(tǒng)100可以在發(fā)射端、即接近波導(dǎo)104的輸出端包括透鏡116(例如，聚合物微透鏡陣列)。透鏡116最好是將光束106通過傳輸媒介108送往相應(yīng)波導(dǎo)110的校準(zhǔn)透鏡。輸入位置檢測(cè)系統(tǒng)100還可以在接收端(即，接近波導(dǎo)110的輸入端)包括透鏡118。透鏡118將通過傳輸媒介108引導(dǎo)的光束引導(dǎo)進(jìn)相應(yīng)波導(dǎo)110。
圖2是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)200的示意圖。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)200是適合于使用依據(jù)本發(fā)明的輸入設(shè)備的代表性計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)200包括一個(gè)具有CD-ROM驅(qū)動(dòng)器204和軟盤驅(qū)動(dòng)器206的計(jì)算機(jī)機(jī)箱202。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)200還包括顯示設(shè)備208、鍵盤210和指點(diǎn)器(例如鼠標(biāo))212。圖2中所示的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)200是一個(gè)臺(tái)式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，其中，顯示設(shè)備208通常是一個(gè)通過電纜(未顯示)耦合到計(jì)算機(jī)機(jī)箱202的單獨(dú)制造物品。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)200的鍵盤210和指點(diǎn)器212使用戶能夠向計(jì)算機(jī)系統(tǒng)200提供用戶輸入。
如上所述，本發(fā)明涉及由諸如計(jì)算機(jī)的電子設(shè)備使用的基于光格柵的輸入設(shè)備。依據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，將輸入設(shè)備放在顯示設(shè)備208的屏幕區(qū)域214上，并固定到顯示設(shè)備208的環(huán)繞屏幕部分214的周圍部分216上。輸入設(shè)備最好不延伸出或阻擋屏幕區(qū)域214。或者，輸入設(shè)備可以與顯示設(shè)備208做成一個(gè)整體。用戶能夠通過遮斷由輸入設(shè)備產(chǎn)生的光格柵的特定部分來向計(jì)算機(jī)系統(tǒng)200提供用戶輸入。因此，輸入設(shè)備不同于常規(guī)的觸摸屏或基于筆的屏幕，但以大致相同的方式向計(jì)算機(jī)系統(tǒng)200提供了位置信息。依據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，可以將輸入設(shè)備放在便攜式計(jì)算機(jī)的顯示屏上或與其為一整體。雖然依據(jù)本發(fā)明的輸入設(shè)備最好放在顯示屏上或與其為一整體，應(yīng)該認(rèn)識(shí)到，依據(jù)本發(fā)明的輸入設(shè)備還可以放在除了顯示屏的其他表面上。例如，輸入設(shè)備可以圍繞一個(gè)用于筆或觸摸輸入的襯墊、底板或輸入板。
輸入設(shè)備還可以用在除了計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的用戶輸入的各種環(huán)境中。例如，輸入設(shè)備可用于機(jī)器人定位，在這里，輸入設(shè)備提供機(jī)器人定位信息。作為另一個(gè)例子，輸入設(shè)備可以與安全或應(yīng)急傳感器一起使用，在這里，光束的中斷作為一個(gè)開關(guān)操作。
圖3是依據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的輸入設(shè)備300的示意圖。輸入設(shè)備300是具有左邊302、底邊304、右邊306和頂邊308的矩形結(jié)構(gòu)。輸入設(shè)備300在兩邊產(chǎn)生許多平行光束，輸入設(shè)備300在另兩邊接收許多平行光束。與輸入設(shè)備300相聯(lián)系的光檢測(cè)器判斷所接收的光束，以確定任何用戶輸入相對(duì)于矩形結(jié)構(gòu)的位置參考。輸入設(shè)備300包括一個(gè)從光源引導(dǎo)光或?qū)⒐庖蚬鈾z測(cè)器的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)。波導(dǎo)結(jié)構(gòu)包含波導(dǎo)部分310-316，每個(gè)波導(dǎo)部分310-316具有多個(gè)波導(dǎo)。波導(dǎo)作為光通道來操作。在圖3中，將波導(dǎo)部分310和312顯示為分別具有多個(gè)波導(dǎo)318和320。每個(gè)波導(dǎo)用于產(chǎn)生光束或接收光束。
在這個(gè)實(shí)施例中，將輸入設(shè)備300放在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的顯示設(shè)備的屏幕區(qū)域周圍。例如，可以通過將輸入設(shè)備300固定在顯示設(shè)備208的外圍部分216來將輸入設(shè)備300放在圖2中所示的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)200的顯示設(shè)備208的屏幕區(qū)域214的周圍?？梢砸愿鞣N方式將輸入設(shè)備300保持在適當(dāng)位置。例如，可以將輸入設(shè)備制作或安裝進(jìn)顯示設(shè)備，或用機(jī)械方法固定在圍繞顯示設(shè)備308的顯示設(shè)備的外圍部分上。在一種情況下，一個(gè)卡扣(snap-in)式塑料框架支持輸入設(shè)備300的部件，該塑料框架可以結(jié)合在顯示設(shè)備208中?；蛘撸陲@示設(shè)備是一個(gè)平面顯示器(例如，便攜式計(jì)算機(jī)的平板顯示器)的另一種情況下，可以將支持顯示設(shè)備的部件的組件結(jié)合進(jìn)圍繞平面顯示器的金屬擋板上。
雖然圖3顯示的輸入設(shè)備300具有矩形結(jié)構(gòu)，但依據(jù)本發(fā)明的輸入設(shè)備不必是規(guī)則的或矩形的。事實(shí)上，與依據(jù)本發(fā)明的輸入設(shè)備一起使用的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)在輸入設(shè)備所采取的形狀方面提供了靈活性。
圖4是依據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的輸入設(shè)備400的原理圖。輸入設(shè)備400是輸入設(shè)備300的詳細(xì)示意圖，其中，分別采用兩個(gè)光源和兩個(gè)接收器來發(fā)射和接收光格柵。然而，圖4沒有顯示出輸入設(shè)備400的諸如圖3中所示的輸入設(shè)備300的機(jī)箱。
輸入設(shè)備400包括第一發(fā)射器402、第二發(fā)射器404、主接收器406和從接收器408。另外，輸入設(shè)備400包括波導(dǎo)部分410、412、414和416。波導(dǎo)部分410-416的安排為使得它們沿輸入?yún)^(qū)域(例如顯示設(shè)備的屏幕區(qū)域)的外圍的周圍放置。從接收器408與主接收器406進(jìn)行通信，主接收器406與一個(gè)主機(jī)(例如計(jì)算機(jī)系統(tǒng)200)進(jìn)行通信。
輸入設(shè)備400還可以包括透鏡部分422、424、426和428，雖然圖3中未顯示，但這些透鏡部分也最好位于輸入設(shè)備400的機(jī)箱內(nèi)。透鏡部分422、424、426和428中的每一個(gè)分別對(duì)應(yīng)于波導(dǎo)部分410、412、414和416。透鏡部分422、424、426和428的安排接近波導(dǎo)部分410-416，因此放在輸入?yún)^(qū)域(例如顯示設(shè)備的屏幕區(qū)域)的外圍的周圍。
輸入設(shè)備400的操作如下。當(dāng)發(fā)射器402被激活時(shí)，光被耦合進(jìn)與發(fā)射器402相鄰的波導(dǎo)部分410的末端。被耦合進(jìn)波導(dǎo)部分410的光然后被引向波導(dǎo)部分410內(nèi)的多個(gè)波導(dǎo)(即，光通道)。波導(dǎo)部分410內(nèi)的這些波導(dǎo)中的每一個(gè)產(chǎn)生一個(gè)水平光束418，水平光束418橫穿過顯示設(shè)備的屏幕區(qū)域，到達(dá)波導(dǎo)部分412。波導(dǎo)部分412包含對(duì)應(yīng)于波導(dǎo)部分410中的波導(dǎo)的多個(gè)波導(dǎo)。來自波導(dǎo)部分410的光束418被引向波導(dǎo)部分412中的波導(dǎo)并與其對(duì)準(zhǔn)，以使得所接收的光束被引向從接收器408的光檢測(cè)元件。從接收器408與波導(dǎo)部分412的末端鄰接(或幾乎鄰接)，以便在從接收器408的光檢測(cè)元件從波導(dǎo)部分412內(nèi)的每個(gè)相應(yīng)波導(dǎo)接收光。
同樣，當(dāng)發(fā)射器404被激活時(shí)，光被耦合進(jìn)與發(fā)射器404相鄰的波導(dǎo)部分414的末端。被耦合進(jìn)波導(dǎo)部分414的光然后被引向波導(dǎo)部分414內(nèi)的多個(gè)波導(dǎo)(即，光通道)。波導(dǎo)部分414內(nèi)的這些波導(dǎo)中的每一個(gè)產(chǎn)生一個(gè)垂直光束420，垂直光束420橫穿過顯示設(shè)備的屏幕區(qū)域，到達(dá)波導(dǎo)部分416。波導(dǎo)部分416包含對(duì)應(yīng)于波導(dǎo)部分414中的波導(dǎo)的多個(gè)波導(dǎo)。來自波導(dǎo)部分414的光束420被引向波導(dǎo)部分416中的光通道并與其對(duì)準(zhǔn)，以使得所接收的光束被引向主接收器406的光檢測(cè)元件。主接收器406與波導(dǎo)部分416的末端鄰接(或幾乎鄰接)，以便在主接收器406的光檢測(cè)元件從波導(dǎo)部分416內(nèi)的每個(gè)相應(yīng)波導(dǎo)接收光。
當(dāng)輸入設(shè)備400包括透鏡部分418-424時(shí)，雖然通過減少擴(kuò)散增強(qiáng)了操作，但操作基本相同。采用透鏡的好處是光被校準(zhǔn)，以使得光束可以橫穿過較大屏幕區(qū)域，并簡(jiǎn)化波導(dǎo)部分的制作。離開波導(dǎo)部分410的水平光束418由透鏡部分422校準(zhǔn)，然后由透鏡部分424再次聚焦，從而使水平光束418由波導(dǎo)部分412中的波導(dǎo)接收。同樣，離開波導(dǎo)部分414的水平光束420由透鏡部分426校準(zhǔn)，然后由透鏡部分428再次聚焦，從而使水平光束420由波導(dǎo)部分416中的波導(dǎo)接收。
發(fā)射器402和404最好是光源。例如，每個(gè)接收器402和404可以是發(fā)光二極管(LED)。由發(fā)射器發(fā)出的光的波長(zhǎng)可以在很大范圍內(nèi)變化。然而，波長(zhǎng)最好在0.38到1.10微米的范圍內(nèi)。更適宜地，光的波長(zhǎng)在0.40到0.48微米的范圍內(nèi)?；蛘撸獾牟ㄩL(zhǎng)在0.70到0.95的范圍內(nèi)。在一個(gè)實(shí)施例中，用作為發(fā)射器的LED可以是波長(zhǎng)大約為0.43微米的藍(lán)氮化鎵LED。下面參考圖5、6A、6B、6C和6D說明波導(dǎo)部分410-416。
可以以多個(gè)不同方式設(shè)計(jì)從接收器408和主接收器406。例如，接收器406和408可以由定制的專用集成電路(ASIC)或帶有光敏區(qū)域的其他電路來實(shí)施。
接收器406和408還耦合到或包括將來自光敏區(qū)域的光敏測(cè)量量變換成數(shù)字量、然后將數(shù)字量發(fā)送給主機(jī)的電路。這個(gè)電路可以以許多方式實(shí)現(xiàn)，包括在專用集成電路(IC)或在ASIC或包含光敏區(qū)域的其他電路上實(shí)現(xiàn)。不考慮實(shí)施形式，接收器406和408執(zhí)行處理任務(wù)，以操作輸入設(shè)備400。采用ASIC方法的優(yōu)點(diǎn)是光敏器件(光檢測(cè)元件)可以與執(zhí)行由接收器406和408執(zhí)行的其他處理任務(wù)的邏輯元件在同一個(gè)集成電路上形成。光敏器件還可以以許多方式制成。電荷耦合器件(CCD)適合于光檢測(cè)，但它們的電路比CMOS電路需要更多的硅，并消耗更多能量。CMOS技術(shù)不能制造CCD傳感器，但如同本領(lǐng)域所公知的，其他光敏器件可以采用CMOS技術(shù)來制造。下面將參考圖7C討論ASIC方法的其他細(xì)節(jié)。
圖5顯示了依據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的波導(dǎo)安排500的原理圖。波導(dǎo)安排500顯示出從光源通過一對(duì)波導(dǎo)部分到接收器的光耦合。波導(dǎo)安排500例如適合于圖4中所示的輸入設(shè)備400的波導(dǎo)部分414和416。
波導(dǎo)安排500包括第一波導(dǎo)部分502和第二波導(dǎo)部分504，形成一對(duì)用于一個(gè)方向的輸入的波導(dǎo)部分。當(dāng)光506加到波導(dǎo)部分502的一個(gè)末端時(shí)，形成多個(gè)光束508，并由波導(dǎo)部分502中的多個(gè)光發(fā)射波導(dǎo)(即，光發(fā)射通道)引向波導(dǎo)部分504。每個(gè)光束508被引向波導(dǎo)部分504的一個(gè)對(duì)應(yīng)的光接收波導(dǎo)(即，光接收通道)。波導(dǎo)部分504的光接收波導(dǎo)然后將從光束508接收的光引向波導(dǎo)部分504的末端，在這里(為接收器)產(chǎn)生多個(gè)光束510。每個(gè)光束510對(duì)應(yīng)于在波導(dǎo)部分504的一個(gè)光接收波導(dǎo)中接收的光。使波導(dǎo)安排500在確定時(shí)有用的輸入方向是垂直于光束508(即，圖5中的水平方向)。
圖6A和6B是圖5中所示的波導(dǎo)部分504和502的橫斷面圖。在圖6A中，將波導(dǎo)部分600顯示為具有光接收邊602和光輸出端603。光接收邊602包括多個(gè)波導(dǎo)(通道)來接收光。特別地，將光接收邊602顯示為具有許多光接收波導(dǎo)，在這里顯示了光接收波導(dǎo)604、606、608、610和612。這些光接收波導(dǎo)中的每一個(gè)在波導(dǎo)部分600的光輸出端603分別具有對(duì)應(yīng)的光輸出波導(dǎo)(通道)614、616、618、620和622。光接收波導(dǎo)604、606、608、610和612和光輸出波導(dǎo)614、616、618、620和622在波導(dǎo)部分600內(nèi)部。
在圖6B中，波導(dǎo)部分624包括光輸出邊626和光輸入端628。光輸出邊626具有多個(gè)光輸出波導(dǎo)(通道)630、632、634、636和638。光輸出波導(dǎo)630、632、634、636和638中的每一個(gè)對(duì)應(yīng)于波導(dǎo)部分600的光接收波導(dǎo)612、610、608、606和604中的相應(yīng)一個(gè)。波導(dǎo)部分624的光輸入端628被顯示為具有多個(gè)光輸入波導(dǎo)(通道)，在這里顯示了光輸入波導(dǎo)640、642、644、646和648。光輸入波導(dǎo)640、642、644、646和648中的每一個(gè)在波導(dǎo)部分624的光輸出邊626分別具有對(duì)應(yīng)的光輸出波導(dǎo)(通道)630、632、634、636和638。光輸入波導(dǎo)640、642、644、646和648和光輸出波導(dǎo)630、632、634、636和638在波導(dǎo)部分600內(nèi)部。
為了使波導(dǎo)部分的尺寸保持較小但允許它們提供高分辨率，波導(dǎo)部分最好包括波導(dǎo)層。圖6C是顯示依據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的波導(dǎo)部分650的結(jié)構(gòu)構(gòu)造的示意圖。波導(dǎo)部分650包括第一襯底652，支持在第一襯底652的上表面上的波導(dǎo)654和在第一襯底652的下表面上的波導(dǎo)656。波導(dǎo)部分650還包括第二襯底658，支持在第二襯底658的上表面上的波導(dǎo)660和在第二襯底658的下表面上的波導(dǎo)662。波導(dǎo)660、656的高度、寬度和形狀可以變化很大。然而，在一個(gè)合適的實(shí)施例中，高度大約為5微米，寬度大約為10微米，而形狀為矩形。然后將一聚酯層664夾在第一和第二襯底652和658及其相關(guān)的波導(dǎo)之間，并將波導(dǎo)部分650用光學(xué)膠保持在一起。波導(dǎo)部分650的波導(dǎo)層的優(yōu)點(diǎn)是幫助提供高分辨率。波導(dǎo)部分650的結(jié)構(gòu)構(gòu)造也被稱作為波導(dǎo)層狀結(jié)構(gòu)。為了容易顯示，圖6C中所示的波導(dǎo)部分650未顯示圖6A和6B中所示通道的彎曲。希望將輸入設(shè)備的組件(機(jī)箱)保持為斷面高度小于2mm。在一個(gè)實(shí)施例中，單個(gè)波導(dǎo)層(即，帶有波導(dǎo)的玻璃板)是760微米厚，玻璃板大約為0.7mm厚，二苯并環(huán)丁烯(BCB)層厚度可變(例如在大約0.5至50微米的厚度范圍內(nèi))。因此，波導(dǎo)夾層結(jié)構(gòu)的兩個(gè)單波導(dǎo)層(即，在雙面上帶有成行單個(gè)波導(dǎo)的玻璃板)和在兩個(gè)波導(dǎo)層之間的一聚酯層(例如，大約5密耳)的總共厚度大約為4mm。
圖6D是依據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例用于制作圖6C中所示波導(dǎo)部分650的制作過程670的流程圖。最初，制作過程670獲得672一片玻璃。玻璃片作為單個(gè)波導(dǎo)的構(gòu)造的支持襯底。接著，將BCB層加到674玻璃片的第一面，進(jìn)行溫和地烘烤。BCB是光敏材料。然后，將光敏BCB曝光并顯影676，以形成通道。接著，將BCD層烤干678。換言之，由金屬版印刷處理形成通道。此后，可以由下述處理在襯底的另一面上形成通道。將玻璃片翻過來680。將BCB層加到682玻璃片的第二面，進(jìn)行溫和地烘烤。然后，將光敏BCB曝光并顯影683，以形成通道。然后將BCD層烤干684。然后將玻璃片用激光切割685成單個(gè)波導(dǎo)。激光蝕刻和切割是標(biāo)準(zhǔn)工藝過程。最后，可以用聚酯條和光學(xué)膠將兩個(gè)單個(gè)波導(dǎo)合并686在一起(參見圖6C)。聚酯條用于將合并的單個(gè)波導(dǎo)彼此分開或隔離。在方框686之后，制作過程670完成并結(jié)束。
圖6E是顯示擴(kuò)口波導(dǎo)690、692和694的示意圖。擴(kuò)口波導(dǎo)可以用在發(fā)射和/或接收波導(dǎo)的末端。例如，光輸出波導(dǎo)630-638接近波導(dǎo)部分624的光輸出邊的部分可以是擴(kuò)寬的或如圖6E所示逐漸變細(xì)的。通過將光輸出波導(dǎo)擴(kuò)寬可以降低光的光衍射擴(kuò)散。同樣，擴(kuò)寬光輸入波導(dǎo)增大了入射光耦合的面積。
圖6F是依據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例用于制作波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的制作過程696的流程圖。一般來說，波導(dǎo)結(jié)構(gòu)包括襯底、低指數(shù)(index)折射層和高指數(shù)折射層。在參考圖6D討論的實(shí)施例中，玻璃可以既用作襯底又用作低指數(shù)折射層，而BCB層可以用作為高指數(shù)折射層。
在任何情況下，制作過程696如下。最初，獲得襯底材料696-1。判決框696-2然后確定該襯底材料的折射系數(shù)(IOR)是否低于要使用的波導(dǎo)材料的折射系數(shù)。當(dāng)判決框696-2確定該襯底材料的折射系數(shù)不低于波導(dǎo)材料的折射系數(shù)時(shí)，則獲得696-3一個(gè)帶有低折射系數(shù)(低IOR)的材料。然后將材料加到696-4襯底的兩面。如果低IOR材料需要烘烤或彎曲，則執(zhí)行這樣的操作。因此，其上帶有材料的襯底具有低于波導(dǎo)材料的折射系數(shù)的折射系數(shù)。另一方面，當(dāng)判決框696-2確定該襯底材料的折射系數(shù)低于波導(dǎo)材料的折射系數(shù)時(shí)，則繞過方框696-3和696-4。
襯底材料的所需特性包括堅(jiān)硬、低的熱膨脹系數(shù)、低的水吸附能力、對(duì)低IOR材料的波導(dǎo)材料的表面附著性以及低成本。合適的襯底材料包括玻璃、一些塑料、陶瓷。低IOR層的所需特性包括比波導(dǎo)材料低的IOR、光學(xué)透明度、對(duì)襯底材料和波導(dǎo)材料的附著性、作為涂層運(yùn)用或作為薄膜生長(zhǎng)、低的熱膨脹系數(shù)、低的水吸附能力以及低成本。
在方框696-4之后或當(dāng)判決框696-2確定出襯底材料的折射系數(shù)低于要使用的波導(dǎo)材料的折射系數(shù)時(shí)在方框696-2之后，獲得一片波導(dǎo)材料696-5。波導(dǎo)材料的所需特性包括比低IOR材料或襯底材料高的IOR、光學(xué)透明度、對(duì)襯底材料和波導(dǎo)材料的附著性、作為涂層運(yùn)用或作為薄膜生長(zhǎng)、低的熱膨脹系數(shù)、低的水吸附能力以及低成本。然后涂敷波導(dǎo)材料的第一面696-6。一旦被涂敷，波導(dǎo)材料的第一面可以被金屬版印刷構(gòu)圖696-7，以形成單個(gè)波導(dǎo)。然后涂敷波導(dǎo)材料的第二面696-8。一旦被涂敷，波導(dǎo)的第二面可以被構(gòu)圖696-9，以形成單個(gè)波導(dǎo)。因此，通過這個(gè)處理，在襯底的雙面上都制成單個(gè)波導(dǎo)，從而提高了波導(dǎo)可以提供的象素密度(即，分辨率)，并減小了尺寸需求和成本(參見圖6C)。此后，波導(dǎo)部分從制作的襯底和波導(dǎo)材料上剪切下來696-10。
圖7A是顯示光耦合進(jìn)波導(dǎo)部分的示意圖。如圖所示，波導(dǎo)部分是圖6B中所示的波導(dǎo)部分624。特別地，發(fā)光二極管(LED)700包括光輸出部分702，根據(jù)提供給LED 700的端口704和706的電信號(hào)從光輸出部分702輸出光。光輸出部分702與波導(dǎo)部分624的末端628相鄰接(或幾乎鄰接)，從而將光提供給波導(dǎo)部分624。LED 700最好具有相對(duì)短的波長(zhǎng)，例如藍(lán)LED。更特別地，LED 700是一個(gè)430納米(nm)藍(lán)氮化鎵LED，可從Stanley公司得到。Stanley藍(lán)氮化鎵LED的輸出光強(qiáng)度大約為100毫坎德拉。LED進(jìn)入一個(gè)T1插件，其中T1插件是直徑大約為3.2毫米(mm)的小插件。
圖7B是顯示波導(dǎo)部分到接收器的光耦合的示意圖。如圖所示，波導(dǎo)部分是圖6A中所示的波導(dǎo)部分600。特別地，波導(dǎo)部分600通過其光接收波導(dǎo)604-612接收并引導(dǎo)光到在光學(xué)上與波導(dǎo)部分600耦合的接收器。在這個(gè)所示實(shí)施例中，光接收波導(dǎo)604-612在光學(xué)上耦合到作為接收器操作的集成電路器件710的光檢測(cè)區(qū)域708。集成電路器件710可以以各種方式附著到(或接近)波導(dǎo)部分600。例如，輸入設(shè)備的機(jī)箱(參見圖3)、粘合劑或一些其他機(jī)械結(jié)構(gòu)可以提供對(duì)集成電路器件710相對(duì)于波導(dǎo)部分600的機(jī)械支持，以提供所需的光耦合。
圖7C是依據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例用于實(shí)施接收器的ASIC布局720的方框圖。ASIC布局720包括各種功能邏輯模塊。發(fā)射器驅(qū)動(dòng)器722向發(fā)射器(光源)提供電源(PWR)和接地(GND)信號(hào)，以使其發(fā)光。時(shí)鐘電路724向發(fā)射器驅(qū)動(dòng)器722提供一個(gè)時(shí)鐘信號(hào)，從而根據(jù)與該時(shí)鐘信號(hào)相聯(lián)系的占空度控制發(fā)射器的操作。ASIC布局720還包括檢測(cè)由接收器接收的光的光電檢測(cè)器及相關(guān)電路726。光電檢測(cè)器及相關(guān)電路的輸出是表明那些在x和y方向?yàn)楹诘南笏氐男盘?hào)。然后由處理電路728處理這些輸出信號(hào)。例如，處理電路執(zhí)行下面討論的陰影處理。處理電路728包括一個(gè)先進(jìn)先出(FIFO)緩沖器730，在這里暫時(shí)存儲(chǔ)要被送到主機(jī)的數(shù)據(jù)。通信電路732檢索存儲(chǔ)在FIF0緩沖器730中的數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)輸出到主機(jī)。接收器720與數(shù)據(jù)(DATA)和接地(GND)信號(hào)電連接。處理電路728和通信電路732也接收來自時(shí)鐘電路724的時(shí)鐘信號(hào)，用于與時(shí)鐘信號(hào)同步處理。ASIC布局720還包括初始化電路734，用于啟動(dòng)和初始化光電檢測(cè)器及相關(guān)電路726和處理電路728。
圖8是依據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的初始化處理800的流程圖。初始化處理800在開始激活802光源。例如，參看圖4，光源402和404(發(fā)射器)將被激活。接著，讀取每個(gè)光讀出元件的光強(qiáng)度值804。即，參看圖4，接收器406和408的光讀出元件進(jìn)行操作以測(cè)量出其每個(gè)光讀出元件的輸入的光強(qiáng)度值。此后，具有低于一預(yù)定閾值的光強(qiáng)度值的光讀出元件被禁止806。不再使用被禁止的光讀出元件，因?yàn)樗鼈儾粚?duì)應(yīng)于對(duì)應(yīng)波導(dǎo)的光接收通道。換言之，初始化處理800的操作使波導(dǎo)的光接收通道與接收器406和408的適當(dāng)?shù)墓庾x出元件有效地對(duì)準(zhǔn)。一般來說，這種處理是需要的，因?yàn)樗兄谳斎朐O(shè)備400的制造、設(shè)計(jì)和安裝，特別是因?yàn)樵诓▽?dǎo)內(nèi)的通道非常窄并且接收器一般將包括一個(gè)超過波導(dǎo)末端尺寸的光讀出元件的區(qū)域。例如，在圖7B中，集成電路器件710的光檢測(cè)區(qū)域708比波導(dǎo)600的末端603要大。在方框806之后，初始化處理800完成并結(jié)束。
圖9是依據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的閾值調(diào)節(jié)過程900的流程圖。閾值調(diào)節(jié)過程900最初讀取902在周圍光條件下的每個(gè)允許光讀出元件的光強(qiáng)度值。然后，根據(jù)已經(jīng)被讀出的光強(qiáng)度值確定一個(gè)“開”閾值904。接著，在接收器中設(shè)置“開”閾值906。舉例來說，“開”閾值可以由周圍電流(current)加上n(周圍電流-黑電流)來設(shè)置906，其中n是一個(gè)整數(shù)。在方框906之后，閾值調(diào)節(jié)過程900完成并結(jié)束。
閾值調(diào)節(jié)處理900用于為接收器周期地并經(jīng)常地設(shè)置“開”閾值量，以便接收器能夠正確地在“開”和“關(guān)”條件之間判別。通過周期地并經(jīng)常地更新“開”閾值量，輸入設(shè)備能夠補(bǔ)償可能會(huì)影響由光讀出元件測(cè)量的光強(qiáng)度值的周圍光條件的變化。例如，如果具有依據(jù)本發(fā)明的輸入設(shè)備的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)用戶最初在暗處開始使用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，然后打開了一盞燈(將光朝向波導(dǎo))，則周圍光條件改變，由于周圍光條件的這種改變，輸入設(shè)備不能正常地操作。因此，閾值調(diào)節(jié)處理900能夠補(bǔ)償周圍光條件的變化，以使得輸入設(shè)備能以可靠的方式工作，而不考慮周圍光條件或其變化。
圖10A是依據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的陰影檢測(cè)處理1000的流程圖。檢測(cè)到的陰影與對(duì)依據(jù)本發(fā)明的輸入設(shè)備的用戶觸摸或記錄筆觸摸相聯(lián)系。手指或記錄筆對(duì)具有安裝在其上的依據(jù)本發(fā)明的輸入設(shè)備的顯示設(shè)備的觸摸使得一個(gè)陰影被產(chǎn)生，因?yàn)橛奢斎朐O(shè)備產(chǎn)生的特定光束將被阻擋。由于交叉通過(即光格柵)屏幕區(qū)域表面的特定光束被阻擋(或中斷)，因此接收器對(duì)于這些光讀出元件測(cè)量出非常低的強(qiáng)度，所以產(chǎn)生了陰影。由于這些特定光束被阻擋，接收器于是將這些特定光束檢測(cè)為“關(guān)”。
陰影檢測(cè)處理1000最初為每個(gè)允許光讀出元件讀取1002光強(qiáng)度值。然后，對(duì)于那些被確定為“關(guān)”的允許光讀出元件，存儲(chǔ)1004標(biāo)識(shí)符。接著，從接收器將這些為“關(guān)”的允許光讀出元件的標(biāo)識(shí)符傳送給主接收器1006。主接收器然后從這些標(biāo)識(shí)符確定最小陰影1008。通過確定最小陰影1008，輸入設(shè)備能夠?qū)⒂涗浌P或鋼筆輸入與同時(shí)觸摸屏幕的用戶的手判別開來。在確定出最小陰影1008之后，將最小陰影的坐標(biāo)位置傳送給主機(jī)1010。在方框1010之后，陰影檢測(cè)處理1000完成并結(jié)束。
下面參考圖10B和10C說明陰影檢測(cè)處理1000的一個(gè)例子。在圖10B和10C中，將光檢測(cè)單元編號(hào)為0，1，2，3，...，n。在這些例子中，假設(shè)只有那些未接收光的光檢測(cè)單元(例如，黑單元)輸出一個(gè)信號(hào)。在處理中，將每個(gè)黑單元的地址按順序輸入到一個(gè)邏輯陣列。然后邏輯陣列最好首先扔出可能存在的任何陰影的除了第一個(gè)和最后一個(gè)象素的其他所有象素，在先進(jìn)先出(FIFO)緩沖器中的存儲(chǔ)器中只留下模式第一個(gè)，最后一個(gè)；第一個(gè)，最后一個(gè)，…。例如對(duì)于圖10B，F(xiàn)IFO將包含3，6；12，12。處理然后選擇最小陰影，并輸出其中心和寬度。在這個(gè)例子中，將12、1送到主機(jī)。在另一個(gè)例子中，對(duì)于圖10C，F(xiàn)IFO將包含12、16，然后將14、5送到主機(jī)。
通過選擇最小陰影送到主機(jī)，陰影檢測(cè)處理1000能夠?yàn)V除兩個(gè)物體例如記錄筆和手同時(shí)觸摸屏幕的情況。通過識(shí)別和選擇最小陰影，陰影檢測(cè)處理1000能夠在兩個(gè)物體之間進(jìn)行區(qū)分，并選擇出所需的一個(gè)。然而，當(dāng)來自手的陰影覆蓋了記錄筆的陰影時(shí)，這個(gè)技術(shù)并不起作用，但這種情況通常不會(huì)發(fā)生。發(fā)送陰影的寬度是因?yàn)檫@給出了記錄筆的寬度。這對(duì)于在筆屏幕上的書法是很有用的，并且對(duì)于測(cè)量應(yīng)用也是潛在有用的。另外，如上所述，依據(jù)本發(fā)明的輸入設(shè)備可選地還包括透鏡(例如，衍射透鏡)，以便將由發(fā)射波導(dǎo)輸出的光校準(zhǔn)到接收波導(dǎo)。透鏡可以是單個(gè)透鏡，也可以是透鏡陣列。假設(shè)波導(dǎo)很小(例如3-6微米)，透鏡常常被稱為微透鏡。進(jìn)一步地，輸入設(shè)備的接收端還可以包括將光聚焦進(jìn)接收波導(dǎo)的透鏡(例如，衍射透鏡)。
圖11A和11B是顯示將微透鏡接近波導(dǎo)放置以減輕從波導(dǎo)發(fā)射的光的擴(kuò)散的原理圖。在圖11A中，光學(xué)裝置1000將微透鏡1102接近波導(dǎo)1104的輸出端放置。微透鏡1102用以校準(zhǔn)從波導(dǎo)1104發(fā)出的光。因此，橫穿過一個(gè)輸入?yún)^(qū)域的光束是校準(zhǔn)光束1106。具有擴(kuò)口部分的波導(dǎo)1108在橫穿過輸入?yún)^(qū)域之后接收校準(zhǔn)光束。波導(dǎo)然后將接收的光引向接收器。在圖11B，光學(xué)裝置1110與發(fā)射端的光學(xué)裝置1000類似，不同之處是處于接收端。特別地，透鏡1112在橫穿過輸入?yún)^(qū)域之后接收校準(zhǔn)光。透鏡1112將接收的校準(zhǔn)光束聚焦在波導(dǎo)1114上。
透鏡的使用用于簡(jiǎn)化波導(dǎo)的結(jié)構(gòu)，因?yàn)槲g刻波導(dǎo)的厚涂層既困難又耗時(shí)。例如，可能認(rèn)為5μm為中等程度，10μm稍微有點(diǎn)厚，20μm就相當(dāng)厚了。波導(dǎo)中的光擴(kuò)散量反比于該維數(shù)中的波導(dǎo)的尺寸，所以越厚的涂層意味著越深的波導(dǎo)，意味著越少的擴(kuò)散。因此，應(yīng)用透鏡，則可以為波導(dǎo)使用較薄的涂層(例如，5微米)。使用透鏡的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是發(fā)射器所需的功率(即，光強(qiáng)度)可以減小。
透鏡一般是用塑料制成的。透鏡可以以幾種不同的方式制作。一種方法是通過注射裝置在襯底上沉積小滴樹脂，其中注射裝置控制小滴的特性和位置。這種處理提供了很高的質(zhì)量，但比較昂貴。因此，最好用于母板制作。另一種方法涉及金屬版印刷蝕刻，然后在襯底上熔化并重新凝固塑料。傳統(tǒng)的諸如高質(zhì)量模塑和浮雕等方法也可以使用，并且比較便宜。透鏡可以從生產(chǎn)微透鏡陣列的許多廠商(例如，加拿大的TR Labs of Alberta)獲得。
圖4所示并且如上所述的輸入設(shè)備的實(shí)施例可能是本發(fā)明的一個(gè)最佳實(shí)施例。然而，應(yīng)該理解，也可以使用本發(fā)明的其他實(shí)施例。在這些實(shí)施例中，波導(dǎo)部分、發(fā)射器和接收器的數(shù)目可以變化。雖然由于部件的制造還可能提供實(shí)際限制，所以對(duì)于較大周長(zhǎng)的輸入?yún)^(qū)域可能需要更多的部件，但一般來說，部件越少越便宜。圖12A-12D是依據(jù)本發(fā)明的其他實(shí)施例的輸入設(shè)備的原理圖。這些實(shí)施例以與圖4相同的方式顯示了依據(jù)本發(fā)明的輸入設(shè)備的不同安排。在每個(gè)實(shí)施例中，虛線表示從發(fā)射器(光源)通過波導(dǎo)、穿過輸入?yún)^(qū)域、進(jìn)入波導(dǎo)的光路。此外，雖然未顯示，這些實(shí)施例可以以與圖4中所示類似的方式包括透鏡。圖12A是帶有具有四個(gè)部分的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的兩個(gè)發(fā)射器(T1，T2)、兩個(gè)接收器(R1，R2)實(shí)施例的原理圖。圖12B是帶有具有兩個(gè)部分的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的一個(gè)發(fā)射器(T1)、一個(gè)接收器(R1)實(shí)施例的原理圖。圖12C是帶有具有一個(gè)部分的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的一個(gè)發(fā)射器(T1)、一個(gè)接收器(R1)實(shí)施例的原理圖。通過只具有一個(gè)部分，雖然制作成本可能會(huì)更高，但避免了相對(duì)光學(xué)波導(dǎo)部分的對(duì)準(zhǔn)。圖12D是帶有具有一個(gè)部分的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的一個(gè)發(fā)射器(T1)、四個(gè)接收器(R1、R2、R3、R4)實(shí)施例的原理圖。應(yīng)用圖12D所示的實(shí)施例，可以覆蓋大輸入?yún)^(qū)域的情況。由于接收器在可以提供光檢測(cè)的波導(dǎo)或象素?cái)?shù)目上有限制，所以本發(fā)明使用另外的接收器以便能夠調(diào)整到較大周長(zhǎng)的輸入設(shè)備。
從上面的描述中，本發(fā)明的許多特征和優(yōu)點(diǎn)都變得明顯，因此由附帶的權(quán)利要求書覆蓋本發(fā)明的所有這些特征和優(yōu)點(diǎn)。此外，由于對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以容易地作出許多修改和改變，所以不希望將本發(fā)明限制在所顯示和說明的確切結(jié)構(gòu)和操作上。因此，任何合適的修改和等效都可以視為落入本發(fā)明的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種裝置，包括光源；光耦合以接收來自所述光源的光的發(fā)射波導(dǎo)部分，所述發(fā)射波導(dǎo)部分由絕緣材料形成，包括多個(gè)光發(fā)射波導(dǎo)，光發(fā)射波導(dǎo)響應(yīng)于從所述光源接收的光產(chǎn)生第一組光束，所述第一組光束在第一方向從光發(fā)射波導(dǎo)發(fā)出；接收波導(dǎo)部分，在第一方向與所述發(fā)射波導(dǎo)分開放置，所述接收波導(dǎo)部分由絕緣材料形成，包括多個(gè)光接收波導(dǎo)，光接收波導(dǎo)用于接收從所述光發(fā)射波導(dǎo)發(fā)出的所述第一組光束；以及光檢測(cè)器，與所述接收波導(dǎo)部分光耦合，接收來自所述接收波導(dǎo)部分的光接收波導(dǎo)的光，所述光檢測(cè)器測(cè)量來自所述接收波導(dǎo)部分的光接收波導(dǎo)的光的光強(qiáng)度。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中，所述裝置是一個(gè)電子設(shè)備的輸入設(shè)備。
3.如權(quán)利要求2所述的裝置，其中，在所述發(fā)射波導(dǎo)部分和所述接收波導(dǎo)部分之間產(chǎn)生一個(gè)輸入?yún)^(qū)域。
4.如權(quán)利要求3所述的裝置，其中，用戶可以通過以手指或記錄筆與輸入?yún)^(qū)域相互作用來向電子設(shè)備提供輸入。
5.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中，光發(fā)射波導(dǎo)和光接收波導(dǎo)具有矩形橫截面。
6.如權(quán)利要求3所述的裝置，其中，所述裝置是一個(gè)與輸入?yún)^(qū)域相互作用的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的用戶輸入裝置。
7.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中，所述光檢測(cè)器是一個(gè)具有光讀出區(qū)域的集成電路，其中光讀出區(qū)域與所述接收波導(dǎo)部分光耦合，以便從所述接收波導(dǎo)部分的光接收波導(dǎo)接收光。
8.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中，所述裝置還包括在光學(xué)上位置接近所述發(fā)射波導(dǎo)部分的透鏡，以將從光發(fā)射波導(dǎo)發(fā)出的所述第一組光束向所述接收波導(dǎo)部分的對(duì)應(yīng)的光接收波導(dǎo)校準(zhǔn)。
9.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中，光發(fā)射波導(dǎo)和光接收波導(dǎo)是金屬版印刷限定的波導(dǎo)。
10.如權(quán)利要求9所述的裝置，其中，在產(chǎn)生第一組光束時(shí)，每個(gè)光發(fā)射波導(dǎo)以至少45度彎曲方式重新引導(dǎo)從所述光源接收的光。
11.如權(quán)利要求8所述的裝置，其中，所述裝置是一個(gè)用于向計(jì)算機(jī)系統(tǒng)提供用戶輸入的輸入設(shè)備，以及其中，所述光檢測(cè)器是一個(gè)具有光讀出區(qū)域的集成電路，其中光讀出區(qū)域與所述接收波導(dǎo)部分光耦合，以便從所述接收波導(dǎo)的光通道接收光。
12.一種電子設(shè)備的輸入設(shè)備，包括至少一個(gè)光源；在多個(gè)光檢測(cè)元件檢測(cè)光強(qiáng)度的光檢測(cè)器；以及，包括多個(gè)波導(dǎo)的金屬版印刷限定的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，其中，所述光源將光耦合進(jìn)所述波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的第一組波導(dǎo)，所述波導(dǎo)結(jié)構(gòu)從耦合進(jìn)波導(dǎo)的光產(chǎn)生光束格柵，光束格柵穿過一個(gè)輸入?yún)^(qū)域，然后由所述波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的第二組波導(dǎo)引向所述光檢測(cè)器。
13.如權(quán)利要求12所述的輸入設(shè)備，其中，所述金屬版印刷限定的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)是絕緣材料，并且其中，第一組波導(dǎo)通過輸入?yún)^(qū)域向第二組波導(dǎo)的對(duì)應(yīng)波導(dǎo)發(fā)送光束。
14.如權(quán)利要求13所述的輸入設(shè)備，其中，所述輸入設(shè)備還包括在光學(xué)上位置接近所述波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的透鏡，以將從第一組波導(dǎo)發(fā)出的光束進(jìn)行校準(zhǔn)。
15.如權(quán)利要求12所述的輸入設(shè)備，其中，所述輸入設(shè)備還包括在光學(xué)上位置接近所述波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的透鏡，以將從第一組波導(dǎo)發(fā)出的光束進(jìn)行校準(zhǔn)。
16.如權(quán)利要求15所述的輸入設(shè)備，其中，所述透鏡是在一條接近發(fā)出光束的第一組波導(dǎo)的光射出端放置的材料中形成的微透鏡。
17.如權(quán)利要求12所述的輸入設(shè)備，其中，光發(fā)射波導(dǎo)和光接收波導(dǎo)是金屬版印刷限定的波導(dǎo)。
18.如權(quán)利要求17所述的輸入設(shè)備，其中，光發(fā)射波導(dǎo)和光接收波導(dǎo)是在襯底材料上形成的。
19.如權(quán)利要求12所述的輸入設(shè)備，其中，所述輸入設(shè)備向計(jì)算機(jī)系統(tǒng)提供用戶輸入，以及其中，所述光檢測(cè)器是一個(gè)具有光讀出區(qū)域的集成電路，其中光讀出區(qū)域與所述接收波導(dǎo)部分光耦合，以便從所述接收波導(dǎo)的光通道接收光。
20.如權(quán)利要求19所述的輸入設(shè)備，其中，集成電路的光讀出區(qū)域包括多個(gè)光敏單元。
21.如權(quán)利要求12所述的輸入設(shè)備，其中，所述波導(dǎo)結(jié)構(gòu)包括多個(gè)部分。
22.如權(quán)利要求22所述的輸入設(shè)備，其中，第一波導(dǎo)部分產(chǎn)生水平光束，第二波導(dǎo)部分產(chǎn)生垂直光束，第三波導(dǎo)部分與第一波導(dǎo)部分通過輸入?yún)^(qū)域相對(duì)放置，從第一波導(dǎo)部分接收水平光束，第四波導(dǎo)部分與第三波導(dǎo)部分通過輸入?yún)^(qū)域相對(duì)放置，從第二波導(dǎo)部分接收垂直光束。
23.如權(quán)利要求12所述的輸入設(shè)備，其中，所述波導(dǎo)結(jié)構(gòu)是一個(gè)單一結(jié)構(gòu)。
24.如權(quán)利要求12所述的輸入設(shè)備，其中，電子設(shè)備是具有顯示設(shè)備的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，顯示設(shè)備包括屏幕區(qū)域和外圍部分，其中，所述輸入設(shè)備固定在顯示設(shè)備的外圍部分上，所述輸入設(shè)備的輸入?yún)^(qū)域置于顯示設(shè)備的屏幕區(qū)域上。
25.一種用于確定相對(duì)于輸入設(shè)備的用戶輸入的方法，所述方法包括(a)提供一個(gè)光源；(b)從光源產(chǎn)生多個(gè)平行光束；(c)同時(shí)將平行光束引導(dǎo)通過輸入設(shè)備的輸入?yún)^(qū)域，輸入?yún)^(qū)域相對(duì)于輸入設(shè)備被定位；(d)同時(shí)接收已經(jīng)通過輸入?yún)^(qū)域后的特定平行光束；(e)確定所接收的每個(gè)平行光束的光強(qiáng)度；以及(f)根據(jù)所確定的光強(qiáng)度值確定相對(duì)于輸入?yún)^(qū)域是否有用戶輸入。
26.如權(quán)利要求26所述的方法，其中，所述方法確定用戶輸入相對(duì)于輸入設(shè)備的位置，以及其中，所述方法還包括(g)根據(jù)所確定的光強(qiáng)度值確定用戶輸入相對(duì)于輸入設(shè)備的位置。
全文摘要
這里公開了一種用于電子設(shè)備的用戶輸入設(shè)備。用戶輸入設(shè)備應(yīng)用光格柵提供了定位信息。光格柵是從光源和波導(dǎo)產(chǎn)生的。還采用波導(dǎo)和光檢測(cè)器來接收和處理光格柵?？蛇x地,可以采用光學(xué)器件來增強(qiáng)用戶輸入設(shè)備的操作。該用戶輸入設(shè)備特別適合用作為計(jì)算機(jī)系統(tǒng)等的用戶輸入設(shè)備。
文檔編號(hào)G06F3/042GK1260060SQ98804781
公開日2000年7月12日 申請(qǐng)日期1998年3月12日 優(yōu)先權(quán)日1997年3月14日
發(fā)明者D·S·格拉安, D·A·弗朗西斯 申請(qǐng)人:波亞桑納公司