使用全內(nèi)反射的光學觸摸屏的制作方法
【專利摘要】一種觸摸屏，包括：具有被暴露以供一個或更多個物體進行觸摸的上表面的透光材料層；位于所述上表面下方的多個光發(fā)射器；第一透鏡組件，該第一透鏡組件用于將所述光發(fā)射器發(fā)出的光束以一定角度引導至所述層中，使得當所述光束進入所述層中時在所述光束未被對所述上表面進行觸摸的所述物體中的任意一個吸收的情況下借助全內(nèi)反射而保持限制于所述層處；多個光檢測器，所述多個光檢測器用于檢測光束并生成表示所檢測到的光量的輸出；第二透鏡組件，該第二透鏡組件用于將所述層的表面處的光束向著所述光檢測器引導；以及計算單元，該計算單元基于所述光檢測器的輸出來確定對所述上表面進行觸摸的所述一個或更多個物體的相應的一個或更多個位置。
【專利說明】使用全內(nèi)反射的光學觸摸屏
【技術領域】
[0001 ] 本發(fā)明的領域為基于光的觸摸屏。
【背景技術】
[0002]許多消費電子設備現(xiàn)在都構建有觸敏屏，以供手指或觸筆觸摸進行用戶輸入。這些設備從諸如移動電話和車載娛樂系統(tǒng)之類的小屏幕設備到諸如筆記本計算機之類的中型屏幕設備再到諸如機場登記站之類的大屏幕設備。
[0003]大多數(shù)傳統(tǒng)的觸摸屏系統(tǒng)都是基于電阻層或電容層的。這種系統(tǒng)并不足夠通用而提供包含一切的解決方案，因為它們不容易進行擴展。
[0004]參照圖1，圖1是傳統(tǒng)的觸摸屏系統(tǒng)的現(xiàn)有技術圖示。這種系統(tǒng)包括IXD顯示器表面606、放置在IXD表面上的電阻覆層或電容覆層801、以及控制器集成電路(IC)701，該控制器集成電路701連接至該覆層并將來自該覆層的輸入轉(zhuǎn)換為有意義的信號。諸如計算機之類的主設備(未示出)從控制器IC701接收信號，設備驅(qū)動器或其他這種程序解析這些信號，以檢測基于觸摸的輸入，諸如按鍵按壓或滾動運動。
[0005]參照圖2，圖2是傳統(tǒng)的電阻式觸摸屏的現(xiàn)有技術圖示。圖2中所示的是通過薄的空間分開的導電和電阻層802。PET膜803覆蓋頂部電路層804，頂部電路層804覆蓋導電涂層806。類似地，具有間隔圓點808的導電涂層807覆蓋底部電路層805，底部電路層805覆罩玻璃層607。當諸如手指或觸筆之類的指示器900接觸該屏幕時，在電阻層之間產(chǎn)生接觸，從而將開關閉合?？刂破?01確定層之間的電流以推導出觸摸點的位置。
[0006]電阻式觸摸屏的優(yōu)點在于它們的低成本、低功耗和支持觸筆。
[0007]電阻式觸摸屏的缺點是由于覆層而使得屏幕不是完全透明的。另一個缺點是觸摸檢測需要壓力，即檢測不到?jīng)]有以足夠壓力觸摸屏幕的指示器。結(jié)果，電阻式觸摸屏也檢測不到手指觸摸。另一個缺點是電阻式觸摸屏在直射陽光下通常難以辨認。另一個缺點是電阻式觸摸屏對于刮擦敏感。又一個缺點是電阻式觸摸屏無法辨別同時觸摸屏幕的兩個或更多個指示器(稱為“多點觸摸”)。
[0008]參照圖3，圖3是傳統(tǒng)的表面電容式觸摸屏的現(xiàn)有技術圖示。圖3中所示的是覆蓋被涂覆的玻璃基板810的觸摸表面809。玻璃811的兩側(cè)涂覆有均勻的導電銦錫氧化物(ITO)涂層812。另外，二氧化硅硬涂層813涂覆在其中一個ITO涂層812的前側(cè)上。電極814附裝在玻璃的四個角部處，用于產(chǎn)生電流。諸如手指或觸筆之類的指示器900觸摸屏幕并將少量電流吸引到接觸點?？刂破?01然后基于流過四個電極的電流的比例來確定觸摸點的位置。
[0009]表面電容式觸摸屏的優(yōu)點是支持手指觸摸并且表面耐用。
[0010]表面電容式觸摸屏的缺點是由于覆層而使得屏幕不是完全透明的。另一個缺點是操作溫度范圍有限。另一個缺點是由于觸摸屏的電容特性而使得指示器運動的捕獲速度有限。另一個缺點是表面電容式觸摸屏容易受到射頻(RF)干擾和電磁(EM)干擾。另一個缺點是觸摸位置確定精度取決于電容。另一個缺點是表面電容式觸摸屏無法戴手套使用。另一個缺點是表面電容式觸摸屏需要大屏幕邊界。結(jié)果，表面電容式觸摸屏無法供小型屏幕設備使用。又一個缺點是表面電容式觸摸屏無法辨別多點觸摸。
[0011]參照圖4，圖4是傳統(tǒng)的投射電容式觸摸屏的現(xiàn)有技術圖示。圖4中所示的是蝕刻ITO層815，該蝕刻ITO層815形成多個水平(x軸)和豎直(y軸)電極。蝕刻層815包括外部硬涂覆層816和817、X軸電極圖案818、y軸電極圖案819和位于中間的ITO玻璃820。AC信號702驅(qū)動一個軸上的電極，通過屏幕的響應借助于另一個軸上的電極回送。觸摸屏幕的指示器900的位置根據(jù)水平電極和豎直電極之間的信號水平變化703來確定。
[0012]投射電容式觸摸屏的優(yōu)點是手指多點觸摸檢測和耐用表面。
[0013]投射電容式觸摸屏的缺點是由于覆層而使得屏幕不是完全透明的。另一個缺點是它們的成本高。另一個缺點是操作溫度范圍有限。另一個缺點是由于觸摸屏的電容特性而使得捕獲速度有限。另一個缺點是屏幕尺寸有限，通常小于5英寸。另一個缺點是表面電容式觸摸屏容易受到RF干擾和EM干擾。又一個缺點是觸摸位置確定精度取決于電容。
[0014]傳統(tǒng)的光學觸摸屏在屏幕表面之上橫跨該屏幕表面將光束從屏幕的一個邊緣投射到光電檢測器檢測不間斷光束的地方。當放置在屏幕上的物體阻擋投射光束中的一束或更多束并且光電檢測器中的一些光電檢測器沒有檢測到預期的光時，觸摸被檢測到。
[0015]傳統(tǒng)的光學觸摸屏的缺點是它們需要圍繞屏幕的隆起邊框，以便橫跨屏幕投射光束。該要求與需要完全平坦上表面(設備的邊緣與屏幕表面齊平)的一些產(chǎn)品設計不相容。
[0016]傳統(tǒng)的光學觸摸屏的另一個缺點是被稱為“幻影”的偽像。當諸如手指之類的指示器完全阻擋光束時幻影出現(xiàn)，并且位于被阻擋光束的影子內(nèi)的第二指示器無法被檢測到，這是由于第二指示器不影響到達檢測器的光量。
[0017]因而，提供能夠克服上述傳統(tǒng)電阻式和電容式觸摸屏的缺點同時能夠?qū)崿F(xiàn)齊平設備設計和在單個光束路徑中檢測多個物體的觸摸屏幕是有益的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0018]本發(fā)明的方面提供了基于光的觸摸屏，其中光束通過覆蓋顯示器的固體或液體層在該顯示器之上橫跨該顯示器被引導，為此可以確定地推斷出同時觸摸屏幕的兩個或更多個指示器的位置。
[0019]因而，根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式，提供了一種用于計算設備的觸摸屏，包括:殼體；安裝在所述殼體中的透光材料層，該透光材料層包括上表面，所述上表面暴露出來以供一個或更多個物體從所述殼體的外部進行觸摸；多個光發(fā)射器，所述多個光發(fā)射器在所述上表面下方安裝在所述殼體中，用于發(fā)出光束；第一透鏡組件，所述第一透鏡組件用于將所述光發(fā)射器發(fā)出的光束以一定角度引導至所述層中，使得所述光束當所述光束進入所述層中時在所述光束未被對所述上表面進行觸摸的所述物體中的任意一個吸收的情況下借助在所述層的所述上表面和所述下表面處的全內(nèi)反射而保持限制于所述層處；多個光檢測器，所述多個光檢測器在所述上表面下方安裝在所述殼體中，用于檢測光束并生成表示所檢測到的光量的輸出；第二透鏡組件，所述第二透鏡組件用于將所述層的表面處的光束向著所述光檢測器中的一個或更多個引導；以及計算單元，該計算單元安裝在所述殼體中并連接至所述光接收器，并基于所述光檢測器的輸出來確定對所述上表面進行觸摸的所述一個或更多個物體的相應的一個或更多個位置，其中當所述層中的光束與所述物體中的任意一個接觸時，這些光束在所述上表面處被部分地吸收。
[0020]根據(jù)本發(fā)明一個實施方式，還提供了一種用于計算設備的觸摸屏，包括:殼體；安裝在所述殼體中的透光材料層，該透光材料層包括上表面，所述上表面暴露出來以供一個或更多個物體從所述殼體的外部進行觸摸；多個光發(fā)射器，所述多個光發(fā)射器在所述上表面下方安裝在所述殼體中，用于發(fā)出光束；第一透鏡組件，所述第一透鏡組件安裝在所述殼體中，用于將所述光發(fā)射器發(fā)出的光束以一定角度引導至所述層中，使得所述光束當所述光束進入所述層中時借助在所述層的所述上表面和所述下表面處的全內(nèi)反射而保持限制于所述層處；多個光檢測器，所述多個光檢測器在所述上表面下方安裝在所述殼體中，用于檢測光束并生成表示所檢測到的光量的輸出；第二透鏡組件，所述第二透鏡組件安裝在所述殼體中，用于將所述層的表面處的光束向著一個或更多個所述光檢測器弓I導；以及計算單元，該計算單元安裝在所述殼體中并連接至所述光接收器，用于基于所述光檢測器的輸出來確定對所述上表面進行觸摸的所述一個或更多個物體的相應的一個或更多個位置，其中當所述層中的光束與所述物體中的任意一個接觸時，這些光束在所述上表面處被散射回所述層內(nèi)，使得與這些光束未被散射時相比，所述第二透鏡組件將這些光束引導至更多的所述光檢測器。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]從如下結(jié)合附圖給出的詳細描述將更完全地理解和認識本發(fā)明，在附圖中:
[0022]圖1是傳統(tǒng)的觸摸屏系統(tǒng)的現(xiàn)有技術圖示；
[0023]圖2是傳統(tǒng)的電阻式觸摸屏的現(xiàn)有技術圖示；
[0024]圖3是傳統(tǒng)的表面電容式觸摸屏的現(xiàn)有技術圖示；
[0025]圖4是傳統(tǒng)的投射電容式觸摸屏的現(xiàn)有技術圖示；
[0026]圖5是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的觸摸屏檢測通道的簡化圖示；
[0027]圖6是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的觸摸屏系統(tǒng)中的沿著屏幕軸線取向的光束的簡化圖示；
[0028]圖7是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的觸摸屏系統(tǒng)中的類似扇形地橫跨屏幕擴散的光束的簡化圖示；
[0029]圖8是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的沿著屏幕邊緣分布的產(chǎn)生圓形或弧形檢測區(qū)域的組合發(fā)射器-接收器元件的簡化圖示；
[0030]圖9是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的觸摸屏的一部分的圖示，該觸摸屏包括靠近定位的多個發(fā)射器，其中光由光纖光導引導到沿著第一屏幕邊緣的位置；
[0031]圖10是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的具有16個發(fā)射器和16個接收器的觸摸屏的圖；
[0032]圖11至13是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的圖10的觸摸屏的圖，示出了同時觸摸屏幕的兩個指示器的檢測；
[0033]圖14和15是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的檢測兩個手指滑移運動的觸摸屏的圖；
[0034]圖16是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的圖10的觸摸屏的電路圖；
[0035]圖17是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的基于光的觸摸屏系統(tǒng)的簡化圖；[0036]圖18是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的圖17的觸摸屏系統(tǒng)的簡化剖視圖；
[0037]圖19是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的使得觸摸屏系統(tǒng)能夠確定觸摸屏幕的指尖的精確位置的發(fā)射器、接收器和光學元件的布置的簡化圖示；
[0038]圖20是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的使得觸摸屏系統(tǒng)能夠檢測到比傳感器元件小的指示器(其中包括觸筆)的發(fā)射器、接收器和光學元件的布置的簡化圖示；
[0039]圖21是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的利用寬光束覆蓋屏幕的觸摸屏的簡化圖；
[0040]圖22是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的準直透鏡的簡化圖示；
[0041]圖23是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的與光接收器協(xié)作的準直透鏡的簡化圖示；
[0042]圖24是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的具有面對發(fā)射器的微透鏡表面的準直透鏡的簡化圖示；
[0043]圖25是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的具有面對接收器的微透鏡表面的準直透鏡的簡化圖示；
[0044]圖26是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的具有寬光束觸摸屏的電子設備的簡化圖示；
[0045]圖27是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的圖26的電子設備的圖，描繪了由兩個接收器檢測到的來自一個發(fā)射器的重疊光束；
[0046]圖28是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的圖26的電子設備的圖，描繪了由一個接收器檢測到的來自兩個發(fā)射器的重疊光束；
[0047]圖29是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的圖26的電子設備的圖，示出了屏幕上的點由至少兩個發(fā)射器-接收器對檢測；
[0048]圖30是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的寬光束觸摸屏的簡化圖，示出了光信號的強度分布；
[0049]圖31是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的寬光束觸摸屏的簡化圖，示出了來自兩個發(fā)射器的重疊光信號的強度分布；
[0050]圖32是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的寬光束觸摸屏的簡化圖，示出了來自一個發(fā)射器的兩組重疊光信號的強度分布；
[0051]圖33是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的具有發(fā)射器和接收器透鏡的寬光束觸摸屏的簡化圖，該發(fā)射器和接收器透鏡不具有微透鏡圖案；
[0052]圖34和35是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的具有發(fā)射器和接收器透鏡的寬光束觸摸屏的簡化圖，該發(fā)射器和接收器透鏡具有微透鏡圖案；
[0053]圖36是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的具有發(fā)射器和接收器透鏡的寬光束觸摸屏的簡化圖，該發(fā)射器和接收器透鏡不具有微透鏡圖案；
[0054]圖37是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的具有發(fā)射器和接收器透鏡的寬光束觸摸屏的簡化圖，該發(fā)射器和接收器透鏡具有微透鏡圖案；
[0055]圖38是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的兩個具有透鏡的發(fā)射器的簡化圖，該透鏡具有集成于其中的微透鏡圖案；
[0056]圖39是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的兩個具有透鏡的接收器的簡化圖，該透鏡具有集成于其中的微透鏡圖案；
[0057]圖40是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的在具有顯示器和外殼的電子設備的情況下的單個單元光導的側(cè)視圖的簡化圖；
[0058]圖41是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的在表面上施加有羽毛圖案的透鏡的從兩個不同角度的側(cè)視圖的簡化圖；
[0059]圖42是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的寬光束觸摸屏的一部分的簡化圖；
[0060]圖43是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的進入和退出蝕刻在透鏡上的微透鏡的光束的簡化圖的俯視圖；
[0061]圖44是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的在具有顯示器和外殼的電子設備的情況下的雙單元光導的側(cè)視圖的簡化圖；
[0062]圖45是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的在具有PCB和外殼的設備的情況下的光導單元的圖片；
[0063]圖46是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的圖45的光導單元的俯視圖；
[0064]圖47是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的用于基于光的觸摸屏的檢測手指觸摸的錯位對齊的發(fā)射器和檢測器的簡化圖；
[0065]圖48是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的在圖47的屏幕上的手指觸摸檢測的簡化圖示；
[0066]圖49是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的電子設備內(nèi)的光導的側(cè)剖面圖的簡化圖；
[0067]圖50是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的電子設備的一部分和光導的上部的側(cè)剖面圖的簡化圖，該光導具有至少兩個用于折疊光束的作用表面；
[0068]圖51是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的透明光學觸摸光導的一部分的簡化圖，該透明光學觸摸光導形成為覆蓋顯示器的防護玻璃的一體部分。
[0069]圖52是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的圖50的電子設備和光導的簡化圖示，該電子設備和光導適合于隱藏屏幕的邊緣；
[0070]圖53是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的從發(fā)射器對面延伸到顯示器上方的作為單個單元的光導的簡化圖；
[0071]圖54是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的雙單元光導的簡化圖；
[0072]圖55是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的由用戶保持的觸摸屏設備的簡化圖；
[0073]圖56是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的其中寬光束覆蓋屏幕的觸摸屏的簡化圖；
[0074]圖57至59是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的在設備的情況下的光導的立體簡化側(cè)視圖、俯視圖和仰視圖；
[0075]圖60是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的被發(fā)射器和接收器包圍的觸摸屏的簡化圖示；
[0076]圖61是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的從三個角度示出的光學元件的簡化圖示，該光學元件具有波狀角度圖案的反射晶面；
[0077]圖62是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的光學元件的簡化圖示，該光學元件將來自鄰近發(fā)射器的光反射、準直并使其交織。
[0078]圖63是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的多晶面光學元件的簡化圖；
[0079]圖64是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的簡化曲線圖，示出了對于九個晶面來說各種反射晶面參數(shù)對光分布的作用；
[0080]圖65是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的其中寬光束橫跨屏幕的觸摸屏的簡化圖示；
[0081]圖66是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的其中兩個寬光束橫跨屏幕的觸摸屏的簡化圖示；
[0082]圖67是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的其中三個寬光束橫跨屏幕的觸摸屏的簡化圖示；
[0083]圖68是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的觸摸屏中的寬光束的光分布的簡化曲線圖；
[0084]圖69是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的當指尖橫跨屏幕運動時來自三個寬光束的檢測信號的簡化圖示；
[0085]圖70至72是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的觸摸屏中的重疊寬光束的光分布的簡化曲線圖；
[0086]圖73是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的當指尖在三個不同位置橫跨屏幕運動時來自寬光束的檢測信號的簡化曲線圖；
[0087]圖74是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的四個光學元件和四個鄰近發(fā)射器的簡化圖示；
[0088]圖75是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的衍射表面的簡化圖，該衍射表面沿著公共路徑引導來自兩個發(fā)射器的光束；
[0089]圖76是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的被交替的發(fā)射器和接收器包圍的觸摸屏的簡化圖；
[0090]圖77是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的被交替的發(fā)射器和接收器包圍的觸摸屏和橫跨觸摸屏的寬光束的簡化圖；
[0091]圖78是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的被交替的發(fā)射器和接收器包圍的觸摸屏和橫跨觸摸屏的兩個寬光束的簡化圖示；
[0092]圖79是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的被交替的發(fā)射器和接收器包圍的觸摸屏和橫跨觸摸屏的三個寬光束的簡化圖示；
[0093]圖80是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的使用于發(fā)射器和鄰近接收器的光反射和交織的準直光學元件的簡化圖示；
[0094]圖81至84是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的相對于光發(fā)射器的第一取向不確定的多個觸摸位置的圖示；
[0095]圖85至87是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的相對于光發(fā)射器的第二取向確定的圖81至83的多個觸摸位置的圖示；
[0096]圖88是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的觸摸屏的簡化圖示，該觸摸屏的光束沿著四個軸線被引導；
[0097]圖89是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的具有兩個柵格取向的光發(fā)射器和光接收器的替代構造的簡化圖示；
[0098]圖90是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的交替的光發(fā)射器和光接收器的構造的簡化圖示；
[0099]圖91是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的由兩個接收器檢測的來自發(fā)射器的兩個寬光束的簡化圖示；[0100]圖92是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的兩個寬光束和這兩個寬光束之間的重疊區(qū)域的簡化圖示；
[0101]圖93是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的位于檢測光束的邊緣的觸摸點的簡化圖示；
[0102]圖94是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的在被設計用于手指觸摸檢測的屏幕中的手指大小的觸摸點的簡化圖示；
[0103]圖95是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的沿著顯示屏幕的一個邊緣的發(fā)射器的簡化圖示，該發(fā)射器將光引導到沿著顯示屏幕的兩個邊緣的接收器；
[0104]圖96和97分別是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的沿著三個方向折射光的透鏡的簡化圖示，該透鏡具有透鏡表面，該透鏡表面具有基本平坦的雙邊和三邊凹腔的重復圖案；
[0105]圖98至100是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的被交替的發(fā)射器和接收器包圍的觸摸屏和橫跨觸摸屏的對角寬光束的簡化圖示；
[0106]圖101是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的觸摸屏中的橫跨對角寬光束的光分布的簡化曲線圖；
[0107]圖102是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的觸摸屏中的橫跨三個重疊對角寬光束的光分布的簡化曲線圖；
[0108]圖103是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的觸摸屏中的在手指橫跨三個重疊對角寬光束滑移時的觸摸檢測的簡化曲線圖；
[0109]圖104是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的當指尖在三個不同位置橫跨屏幕移動時來自對角寬光束的檢測信號的簡化曲線圖；
[0110]圖105是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的用于被交替的發(fā)射器和接收器包圍的觸摸屏的第一實施方式的簡化圖示，由此由一個接收器檢測橫跨屏幕的對角和正交寬光束；
[0111]圖106是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的用于被交替的發(fā)射器和接收器包圍的觸摸屏的第二實施方式的簡化圖示，由此由一個接收器檢測橫跨屏幕的對角和正交寬光束；
[0112]圖107是用戶利用觸筆在現(xiàn)有技術的觸摸屏上進行書寫的簡化圖示；
[0113]圖108是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的當用戶的手掌擱在觸摸屏上時檢測觸筆的位置的光束的簡化圖示；
[0114]圖109是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的包圍觸摸屏的框架的簡化圖示；
[0115]圖110是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的用于觸摸屏的角部的發(fā)射器、接收器和光學元件的第一實施方式的簡化圖示；
[0116]圖111是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的用于觸摸屏的角部的發(fā)射器、接收器和光學元件的第二實施方式的簡化圖示；
[0117]圖112是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的由對于紅外光來說透明的塑料材料制成的光學部件的圖示；
[0118]圖113是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的具有光導的觸摸屏的側(cè)視圖的簡化圖；
[0119]圖114是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的觸摸屏的圖示，在每側(cè)上有一組三個光學部件；
[0120]圖115是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的圖114的發(fā)射器組中的一個發(fā)射器的放大圖示；[0121]圖116是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的具有罩玻璃的觸摸屏組件的簡化圖示；
[0122]圖117是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的具有罩玻璃的屏幕組件中的將內(nèi)部反射的光散射的觸摸的簡化圖示；
[0123]圖118是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的具有罩玻璃的屏幕組件中的吸收內(nèi)部反射的光的觸摸物體的簡化圖示；
[0124]圖119是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的具有罩玻璃的觸摸屏組件的簡化圖示；
[0125]圖120是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的在圖119中的觸摸屏組件中的光束路徑的簡化圖示；
[0126]圖121是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的具有罩玻璃的觸摸屏組件的簡化圖示；
[0127]圖122是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的檢測兩個對角觸摸點的發(fā)射器和接收器的簡化圖示；
[0128]圖123是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的檢測三個觸摸點的發(fā)射器和接收器的簡化圖示；
[0129]圖124是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的具有罩玻璃的觸摸屏組件的簡化圖示；
[0130]圖125是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的用于消除多個觸摸檢測信號的歧義的方法的流程圖；
[0131]圖126是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的具有罩玻璃的觸摸屏組件的簡化圖示；
[0132]圖127是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的觸摸屏的圖示，該觸摸屏具有用于在屏幕上引導光的沿著屏幕的第一邊緣的長薄光導，并且具有用于檢測被引導光的沿著屏幕的相對邊緣布置的一組光接收器；
[0133]圖128是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的觸摸屏的圖示，該觸摸屏具有用于在屏幕上引導光束的沿著屏幕的第一邊緣的一組光發(fā)射器，并且具有用于接收被引導的光束并用于進一步將光束引導到位于光導的兩端的光接收器的長薄光導；
[0134]圖129是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的兩個光發(fā)射器的圖示，每個發(fā)射器都連接至長薄光導的每端；
[0135]圖130至133是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的檢測硬按壓的發(fā)生的觸摸屏的圖示；
[0136]圖134和135是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的條形圖，示出了當向剛性安裝的7英寸LCD屏施加壓力時檢測到的光的增加；
[0137]圖136和137是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的觸摸屏系統(tǒng)中的相對行的發(fā)射器和接收器透鏡的圖示；
[0138]圖138是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的用于通過觸摸屏系統(tǒng)中的多個發(fā)射器-接收器對確定觸摸位置的技術的簡化圖示；
[0139]圖139是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的用于圖136和137的構造的光導框架的圖示；
[0140]圖140是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的用于基于光的觸摸屏的觸摸檢測方法的簡化流程圖；
[0141]圖141至143是旋轉(zhuǎn)姿勢的圖示，其中用戶將兩個手指放置在屏幕上并圍繞軸線旋轉(zhuǎn)這兩個手指；[0142]圖144至147是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的在觸摸屏上的各種位置的觸摸事件的圖示；
[0143]圖148至151是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的在圖144至147中所示的觸摸期間過程中光飽和度的相應條形圖；
[0144]圖152是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的用于確定同時對角相對觸摸的位置的方法的簡化流程圖；
[0145]圖153是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的用于區(qū)分順時針和逆時針姿勢的方法簡化流程圖；
[0146]圖154是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的用于基于光的觸摸屏的校準和觸摸檢測方法的簡化流程圖；
[0147]圖155是示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的在由觸摸產(chǎn)生的信號和由機械作用產(chǎn)生的信號之間的差別的圖片；
[0148]圖156是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的用于在校準基于光的觸摸屏時設定脈沖強度的控制電路的簡化圖；
[0149]圖157是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的用于校準基于光的觸摸屏的校準脈沖的圖表，該校準脈沖用于從最小電流到最大電流的范圍的脈沖強度；
[0150]圖158是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的用于校準基于光的觸摸屏的簡化脈沖圖和對應的輸出信號曲線圖；
[0151]圖159是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的圖示，該圖示示出了如何使用毛細作用增加定位印刷電路板上的諸如發(fā)射器或接收器之類的部件的精度；
[0152]圖160是示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的已經(jīng)經(jīng)過熱爐的圖159的印刷電路板的圖不;
[0153]圖161是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的基于光的觸摸屏和用于該觸摸屏的ASIC控制器的簡化圖示；
[0154]圖162是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的用于基于光的觸摸屏的控制器的芯片封裝的電路圖；
[0155]圖163是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的用于連接至圖162的芯片封裝的電路圖，該電路圖用于其中每行具有4或5個光電發(fā)射器的六行光電發(fā)射器；
[0156]圖164是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的被發(fā)射器和接收器包圍的觸摸屏的簡化圖示；
[0157]圖165是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的簡化應用圖，該簡化應用圖示出了構造有兩個控制器的觸摸屏；
[0158]圖166是比較使用傳統(tǒng)芯片和本發(fā)明的專用控制器的掃描順序性能的曲線圖；
[0159]圖167是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的發(fā)射器和接收器錯位對齊布置的觸摸屏的簡化圖示；
[0160]圖168是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的具有沿著每個屏幕邊緣的交替的發(fā)射器和接收器的觸摸屏的簡化圖示；
[0161]圖169是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的觸摸表面的簡化圖示，該觸摸表面具有位于該表面上面的柔性可壓縮層；[0162]圖170是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的圖169的觸摸表面的放大圖；
[0163]圖171是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的物體向下按壓在圖169的觸摸表面的柔性可壓縮層上并在其上產(chǎn)生壓痕的簡化圖示；
[0164]圖172是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的另選的觸摸表面的簡化圖示，該觸摸表面具有位于該表面上面的柔性可壓縮層；
[0165]圖173是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的物體向下按壓圖172的觸摸表面的柔性可壓縮層并在其上產(chǎn)生壓痕的簡化圖示；以及
[0166]圖174是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的另一個另選觸摸表面的簡化圖示，該觸摸表面具有位于該表面上面的柔性可壓縮層。
[0167]為了參照附圖，提供了如下的元件索引及其標號。以100’ s標號的元件通常涉及光束，以200 ’ s標號的元件通常涉及光源，以300 ’ s標號的元件通常涉及光接收器，以400 ’ s和500’ s標號的元件通常涉及光接收器，以600’ s標號的元件通常涉及顯示器，以700’ s標號的元件通常涉及電路元件，以800’ s標號的元件通常涉及電子設備，而以900’ s標號的元件通常涉及用戶接口。以1000’ s標號的元件是流程圖的操作。
[0168]類似地標號的元件代表同一類型的元件，但是它們無需是相同元件。
[0169]
【權利要求】
1.一種用于計算設備的觸摸屏，包括: 殼體； 安裝在所述殼體中的透光材料層，該透光材料層包括上表面和下表面，其中所述上表面暴露出來以供一個或更多個物體從所述殼體的外部進行觸摸； 多個光發(fā)射器，所述多個光發(fā)射器在所述上表面下方安裝在所述殼體中，用于發(fā)出光束； 第一透鏡組件，所述第一透鏡組件安裝在所述殼體中，用于將所述光發(fā)射器發(fā)出的光束以一定角度引導至所述層中，使得所述光束當所述光束進入所述層中時在所述光束未被對所述上表面進行觸摸的所述物體中的任意一個吸收的情況下借助在所述層的所述上表面和所述下表面處的全內(nèi)反射而保持限制于所述層處； 多個光檢測器，所述多個光檢測器在所述上表面下方安裝在所述殼體中，用于檢測光束并生成表示所檢測到的光量的輸出； 第二透鏡組件，所述第二透鏡組件安裝在所述殼體中，用于將所述層的表面處的光束向著所述光檢測器中的一個或更多個引導；以及 計算單元，該計算單元安裝在所述殼體中并連接至所述光接收器，用來基于所述光檢測器的輸出來確定對所述上表面進行觸摸的所述一個或更多個物體的相應的一個或更多個位置， 其中當所述層中的光束與所述物體中的任意一個接觸時，這些光束在所述上表面處被部分地吸收。
2.根據(jù)權利要求1`所述的觸摸屏，其中所述透光材料包括對紅外光透明的玻璃或者塑料。
3.根據(jù)權利要求1所述的觸摸屏，其中所述透光材料是對紅外光透明的透光凝膠或者填充有液體的液囊。
4.根據(jù)權利要求1所述的觸摸屏，該觸摸屏進一步包括光學透明傳輸帶，用于將所述層緊固在所述第一透鏡組件和所述第二透鏡組件上。
5.根據(jù)權利要求1所述的觸摸屏，其中所述第一透鏡組件將從所述光發(fā)射器發(fā)出的部分光束在所述上表面上方引導在所述層之上，并且其中所述第二透鏡組件將來自所述上表面上方的光束引導至所述光檢測器中的一個或更多個。
6.根據(jù)權利要求1所述的觸摸屏，其中所述第一透鏡組件將所述光發(fā)射器發(fā)出的光束從所述層的一側(cè)或更多側(cè)引導至所述層中，并且其中所述第二透鏡組件將從所述層的所述一側(cè)或更多側(cè)出射的光束引導至所述光檢測器中的一個或更多個。
7.根據(jù)權利要求1所述的觸摸屏，其中所述層以及所述第一透鏡組件和所述第二透鏡組件包括單個整體單元。
8.根據(jù)權利要求1所述的觸摸屏，其中所述光發(fā)射器沿著所述層的兩個相鄰邊緣布置，其中所述光檢測器沿著所述層的兩個另外的相鄰邊緣布置，其中所述光發(fā)射器與所述光檢測器錯位對齊，并且其中所述計算單元基于所述光檢測器的輸出小于當沒有物體觸摸所述上表面時預期的輸出來確定對所述上表面進行觸摸的所述一個或更多個物體的相應的一個或更多個位置。
9.根據(jù)權利要求1所述的觸摸屏，其中所述光發(fā)射器和所述光檢測器沿著所述層的邊緣以交替序列布置，并且其中所述計算單元基于所述光檢測器的輸出小于當沒有物體觸摸所述上表面時預期的輸出來確定對所述上表面進行觸摸的所述一個或更多個物體的相應的一個或更多個位置。
10.一種用于計算設備的觸摸屏，包括: 殼體； 安裝在所述殼體中的透光材料層，該透光材料層包括上表面和下表面，其中所述上表面暴露出來以供一個或更多個物體從所述殼體的外部進行觸摸； 多個光發(fā)射器，所述多個光發(fā)射器在所述上表面下方安裝在所述殼體中，用于發(fā)出光束； 第一透鏡組件，所述第一透鏡組件安裝在所述殼體中，用于將所述光發(fā)射器發(fā)出的光束以一定角度引導至所述層中，使得所述光束當所述光束進入所述層中時借助在所述層的所述上表面和所述下表面處的全內(nèi)反射而保持限制于所述層處； 多個光檢測器，所述多個光檢測器在所述上表面下方安裝在所述殼體中，用于檢測光束并生成表示所檢測到的光量的輸出； 第二透鏡組件，所述第二透鏡組件安裝在所述殼體中，用于將所述層的表面處的光束向著所述光檢測器中的一個或更多個引導；以及 計算單元，該計算單元安裝在所述殼體中并連接至所述光接收器，用于基于所述光檢測器的輸出來確定對所述上表面進行觸摸的所述一個或更多個物體的相應的一個或更多個位置， 其中當所述層中的光束與所`述物體中的任意一個接觸時，這些光束在所述上表面處被散射回所述層內(nèi)，使得與這些光束未被散射時相比，所述第二透鏡組件將這些光束引導至更多的所述光檢測器。
11.根據(jù)權利要求10所述的觸摸屏，其中所述透光材料包括對紅外光透明的玻璃或者塑料。
12.根據(jù)權利要求10所述的觸摸屏，其中所述透光材料是對紅外光透明的透光凝膠或者填充有液體的液囊。
13.根據(jù)權利要求10所述的觸摸屏，該觸摸屏進一步包括光學透明傳輸帶，用于將所述層緊固在所述第一透鏡組件和所述第二透鏡組件上。
14.根據(jù)權利要求10所述的觸摸屏，其中所述第一透鏡組件將從所述光發(fā)射器發(fā)出的部分光束在所述上表面上方引導到所述層之上，并且其中所述第二透鏡組件將來自所述上表面上方的光束引導至所述光檢測器中的一個或更多個。
15.根據(jù)權利要求10所述的觸摸屏，其中所述第一透鏡組件將所述光發(fā)射器發(fā)出的光束從所述層的一側(cè)或更多側(cè)引導至所述層中，并且其中所述第二透鏡組件將從所述層的所述一側(cè)或更多側(cè)出射的光束引導至所述光檢測器中的一個或更多個。
16.根據(jù)權利要求10所述的觸摸屏，其中所述層以及所述第一透鏡組件和所述第二透鏡組件包括單個整體單元。
17.根據(jù)權利要求10所述的觸摸屏，其中所述光發(fā)射器沿著所述層的兩個相鄰邊緣布置，其中所述光檢測器沿著所述層的兩個另外的相鄰邊緣布置，其中所述光發(fā)射器與所述光檢測器錯位對齊，并且其中所述計算單元基于所述光檢測器的輸出小于當沒有物體觸摸所述上表面時預期的輸出來確定對所述上表面進行觸摸的所述一個或更多個物體的相應的一個或更多個位置。
18.根據(jù)權利要求10所述的觸摸屏，其中所述光發(fā)射器和所述光檢測器沿著所述層的邊緣以交替序列布置，并且其中所述計算單元基于所述光檢測器的輸出小于當沒有物體觸摸所述上表面時預期的輸出來確定對所述上表面進行觸摸的所述一個或更多個物體的相應的一個或更多個位置。
19.根據(jù)權利要求10所述的觸摸屏，其中所述第一透鏡組件和所述第二透鏡組件包括用于將來自所述光發(fā)射器中的每一個的光束在三個方向上進行引導的重復的三面透鏡圖案。
20.根據(jù)權利要求19所述的觸摸屏，其中在三個方向上從所述發(fā)射器中的每一個引導的光被沿著所述層的三個不同邊緣布置的三個所述光檢測器接收。
21.—種基于光的觸敏設備,包括: 殼體； 裝在所述殼體中的表面； 位于所述表面上方的彈性材料層； 安裝在所述殼體中的多個光脈沖發(fā)射器，用于發(fā)出穿過所述層的光脈沖； 安裝在所述殼體中的多個光脈沖接收器，用于接收穿過所述層發(fā)出的光脈沖； 計算單元，該計算單元安裝在所述殼體中并連接至所述接收器，用于基于所述接收器的輸出來確定對所述層進行觸 摸并在所述層中產(chǎn)生印記的指示器的位置。
22.根據(jù)權利要求21所述的基于光的觸敏設備，該觸敏設備進一步包括觸覺驅(qū)動器，該觸覺驅(qū)動器安裝在所述殼體中并連接至所述層和所述計算單元，用于在所述指示器在所述層中產(chǎn)生印記時在所述層中生成觸覺振動。
23.根據(jù)權利要求21所述的基于光的觸敏設備，其中所述層包括所述殼體的齊平外表面的至少一部分。
24.根據(jù)權利要求21所述的基于光的觸敏設備，該觸敏設備進一步包括位于所述殼體中的至少一個光導，該至少一個光導用于將來自所述發(fā)射器的光脈沖引導至所述層中，并從所述層引導至所述接收器，其中所述層的上表面與所述至少一個光導的上邊緣共面。
25.根據(jù)權利要求24所述的基于光的觸敏設備，其中所述至少一個光導和所述層通過包覆成型工藝一起形成。
26.根據(jù)權利要求21所述的基于光的觸敏設備，該觸敏設備進一步包括位于所述殼體中的至少一個光導，所述光導將光脈沖穿過所述層在所述表面之上橫跨所述表面進行引導，并且將所述光脈沖在所述層上方所述表面之上橫跨所述表面進行引導。
27.根據(jù)權利要求21所述的基于光的觸敏設備，進一步包括: 位于所述表面與所述層之間的氣隙；以及 位于所述殼體中的至少一個光導，所述光導將光脈沖穿過所述層在所述表面之上橫跨所述表面進行引導，并且將所述光脈沖穿過所述氣隙在所述表面之上橫跨所述表面進行引導。
28.—種基于光的觸敏設備,包括: 殼體；裝在所述殼體中的表面； 位于所述表面上方的彈性材料層，該彈性材料層在所述表面與所述層之間形成氣隙； 安裝在所述殼體中的多個光脈沖發(fā)射器，用于發(fā)出穿過所述氣隙在所述表面之上橫跨所述表面的光脈沖； 安裝在所述殼體中的多個光脈沖接收器，用于接收所述光脈沖；以及 計算單元，該計算單元安裝在所述殼體中并連接至所述接收器，用于基于所述接收器的輸出來確定對所述層進行觸摸并在所述層中產(chǎn)生印記的指示器的位置。
29.根據(jù)權利要求28所述的基于光的觸敏設備，該觸敏設備進一步包括觸覺驅(qū)動器，該觸覺驅(qū)動器安裝在所述殼體中并連接至所述層和所述計算單元，用于在所述指示器在所述層中產(chǎn)生印記時在所述層中生成觸覺振動。
30.根據(jù)權利要求28所述的基于光的觸敏設備，其中所述層包括所述殼體的齊平外表面的至少一部分。
31.根據(jù)權利要求28所述的基于光的觸敏設備，該觸敏設備進一步包括位于所述殼體中的至少一個光導，該至少一個光導將來自所述發(fā)射器的光脈沖引導至所述氣隙中，并從所述氣隙引導至所述接收器，其中所述層的上表面與所述至少一個光導的上邊緣共面。
32.根據(jù)權利要求31所述的基于光的觸敏設備，其中所述至少一個光導和所述層通過包覆成型工藝一起形成。
33.根據(jù)權利要求28所述的基于光的觸敏設備，其中所述層是可移除的。
34.根據(jù)權利要求33所述的基于光的觸敏設備，其中所述層附接至框架，所述框架利用卡合運動以可移除方式附接至所述殼體。`
35.根據(jù)權利要求34所述的基于光的觸敏設備，其中所述表面包括顯示器，所述設備進一步包括非易失存儲器，該非易失存儲器存儲有用于提供指令以在所述顯示器上呈現(xiàn)至少兩個用戶接口的程序代碼，該至少兩個用戶接口即:當所述層附接至所述殼體時使用的基于觸摸的低分辨率用戶接口以及當所述層從所述殼體分離時使用的基于觸摸的高分辨率用戶接口。
36.根據(jù)權利要求34所述的基于光的觸敏設備，進一步包括: 連接至所述層的射頻識別(RFID)芯片；以及 安裝在所述殼體中的RFID讀取器，用于通過所述RFID芯片檢測所述層與所述殼體的附接， 其中所述程序代碼提供指令以在所述RFID讀取器檢測到所述層附接至所述殼體時呈現(xiàn)所述基于觸摸的低分辨率用戶接口。
【文檔編號】G06F3/0488GK103518184SQ201380001275
【公開日】2014年1月15日 申請日期:2013年2月12日 優(yōu)先權日:2012年3月11日
【發(fā)明者】斯特凡·霍姆格倫, 拉爾斯·斯帕爾夫, 雷莫·貝達什特, 托馬斯·埃里克松, 邁克爾·勞倫斯·葉良, 約瑟夫·沙因, 安德斯·楊松, 羅伯特·彼得松, 約翰·卡爾松 申請人:內(nèi)奧諾德公司