使用全内反射的光学触摸屏的制作方法
【专利摘要】一种触摸屏，包括：具有被暴露以供一个或更多个物体进行触摸的上表面的透光材料层；位于所述上表面下方的多个光发射器；第一透镜组件，该第一透镜组件用于将所述光发射器发出的光束以一定角度引导至所述层中，使得当所述光束进入所述层中时在所述光束未被对所述上表面进行触摸的所述物体中的任意一个吸收的情况下借助全内反射而保持限制于所述层处；多个光检测器，所述多个光检测器用于检测光束并生成表示所检测到的光量的输出；第二透镜组件，该第二透镜组件用于将所述层的表面处的光束向着所述光检测器引导；以及计算单元，该计算单元基于所述光检测器的输出来确定对所述上表面进行触摸的所述一个或更多个物体的相应的一个或更多个位置。
【专利说明】使用全内反射的光学触摸屏
【技术领域】
[0001 ] 本发明的领域为基于光的触摸屏。
【背景技术】
[0002]许多消费电子设备现在都构建有触敏屏，以供手指或触笔触摸进行用户输入。这些设备从诸如移动电话和车载娱乐系统之类的小屏幕设备到诸如笔记本计算机之类的中型屏幕设备再到诸如机场登记站之类的大屏幕设备。
[0003]大多数传统的触摸屏系统都是基于电阻层或电容层的。这种系统并不足够通用而提供包含一切的解决方案，因为它们不容易进行扩展。
[0004]参照图1，图1是传统的触摸屏系统的现有技术图示。这种系统包括IXD显示器表面606、放置在IXD表面上的电阻覆层或电容覆层801、以及控制器集成电路(IC)701，该控制器集成电路701连接至该覆层并将来自该覆层的输入转换为有意义的信号。诸如计算机之类的主设备(未示出)从控制器IC701接收信号，设备驱动器或其他这种程序解析这些信号，以检测基于触摸的输入，诸如按键按压或滚动运动。
[0005]参照图2，图2是传统的电阻式触摸屏的现有技术图示。图2中所示的是通过薄的空间分开的导电和电阻层802。PET膜803覆盖顶部电路层804，顶部电路层804覆盖导电涂层806。类似地，具有间隔圆点808的导电涂层807覆盖底部电路层805，底部电路层805覆罩玻璃层607。当诸如手指或触笔之类的指示器900接触该屏幕时，在电阻层之间产生接触，从而将开关闭合。控制器701确定层之间的电流以推导出触摸点的位置。
[0006]电阻式触摸屏的优点在于它们的低成本、低功耗和支持触笔。
[0007]电阻式触摸屏的缺点是由于覆层而使得屏幕不是完全透明的。另一个缺点是触摸检测需要压力，即检测不到没有以足够压力触摸屏幕的指示器。结果，电阻式触摸屏也检测不到手指触摸。另一个缺点是电阻式触摸屏在直射阳光下通常难以辨认。另一个缺点是电阻式触摸屏对于刮擦敏感。又一个缺点是电阻式触摸屏无法辨别同时触摸屏幕的两个或更多个指示器(称为“多点触摸”)。
[0008]参照图3，图3是传统的表面电容式触摸屏的现有技术图示。图3中所示的是覆盖被涂覆的玻璃基板810的触摸表面809。玻璃811的两侧涂覆有均匀的导电铟锡氧化物(ITO)涂层812。另外，二氧化硅硬涂层813涂覆在其中一个ITO涂层812的前侧上。电极814附装在玻璃的四个角部处，用于产生电流。诸如手指或触笔之类的指示器900触摸屏幕并将少量电流吸引到接触点。控制器701然后基于流过四个电极的电流的比例来确定触摸点的位置。
[0009]表面电容式触摸屏的优点是支持手指触摸并且表面耐用。
[0010]表面电容式触摸屏的缺点是由于覆层而使得屏幕不是完全透明的。另一个缺点是操作温度范围有限。另一个缺点是由于触摸屏的电容特性而使得指示器运动的捕获速度有限。另一个缺点是表面电容式触摸屏容易受到射频(RF)干扰和电磁(EM)干扰。另一个缺点是触摸位置确定精度取决于电容。另一个缺点是表面电容式触摸屏无法戴手套使用。另一个缺点是表面电容式触摸屏需要大屏幕边界。结果，表面电容式触摸屏无法供小型屏幕设备使用。又一个缺点是表面电容式触摸屏无法辨别多点触摸。
[0011]参照图4，图4是传统的投射电容式触摸屏的现有技术图示。图4中所示的是蚀刻ITO层815，该蚀刻ITO层815形成多个水平(x轴)和竖直(y轴)电极。蚀刻层815包括外部硬涂覆层816和817、X轴电极图案818、y轴电极图案819和位于中间的ITO玻璃820。AC信号702驱动一个轴上的电极，通过屏幕的响应借助于另一个轴上的电极回送。触摸屏幕的指示器900的位置根据水平电极和竖直电极之间的信号水平变化703来确定。
[0012]投射电容式触摸屏的优点是手指多点触摸检测和耐用表面。
[0013]投射电容式触摸屏的缺点是由于覆层而使得屏幕不是完全透明的。另一个缺点是它们的成本高。另一个缺点是操作温度范围有限。另一个缺点是由于触摸屏的电容特性而使得捕获速度有限。另一个缺点是屏幕尺寸有限，通常小于5英寸。另一个缺点是表面电容式触摸屏容易受到RF干扰和EM干扰。又一个缺点是触摸位置确定精度取决于电容。
[0014]传统的光学触摸屏在屏幕表面之上横跨该屏幕表面将光束从屏幕的一个边缘投射到光电检测器检测不间断光束的地方。当放置在屏幕上的物体阻挡投射光束中的一束或更多束并且光电检测器中的一些光电检测器没有检测到预期的光时，触摸被检测到。
[0015]传统的光学触摸屏的缺点是它们需要围绕屏幕的隆起边框，以便横跨屏幕投射光束。该要求与需要完全平坦上表面(设备的边缘与屏幕表面齐平)的一些产品设计不相容。
[0016]传统的光学触摸屏的另一个缺点是被称为“幻影”的伪像。当诸如手指之类的指示器完全阻挡光束时幻影出现，并且位于被阻挡光束的影子内的第二指示器无法被检测到，这是由于第二指示器不影响到达检测器的光量。
[0017]因而，提供能够克服上述传统电阻式和电容式触摸屏的缺点同时能够实现齐平设备设计和在单个光束路径中检测多个物体的触摸屏幕是有益的。
【发明内容】
[0018]本发明的方面提供了基于光的触摸屏，其中光束通过覆盖显示器的固体或液体层在该显示器之上横跨该显示器被引导，为此可以确定地推断出同时触摸屏幕的两个或更多个指示器的位置。
[0019]因而，根据本发明的一个实施方式，提供了一种用于计算设备的触摸屏，包括:壳体；安装在所述壳体中的透光材料层，该透光材料层包括上表面，所述上表面暴露出来以供一个或更多个物体从所述壳体的外部进行触摸；多个光发射器，所述多个光发射器在所述上表面下方安装在所述壳体中，用于发出光束；第一透镜组件，所述第一透镜组件用于将所述光发射器发出的光束以一定角度引导至所述层中，使得所述光束当所述光束进入所述层中时在所述光束未被对所述上表面进行触摸的所述物体中的任意一个吸收的情况下借助在所述层的所述上表面和所述下表面处的全内反射而保持限制于所述层处；多个光检测器，所述多个光检测器在所述上表面下方安装在所述壳体中，用于检测光束并生成表示所检测到的光量的输出；第二透镜组件，所述第二透镜组件用于将所述层的表面处的光束向着所述光检测器中的一个或更多个引导；以及计算单元，该计算单元安装在所述壳体中并连接至所述光接收器，并基于所述光检测器的输出来确定对所述上表面进行触摸的所述一个或更多个物体的相应的一个或更多个位置，其中当所述层中的光束与所述物体中的任意一个接触时，这些光束在所述上表面处被部分地吸收。
[0020]根据本发明一个实施方式，还提供了一种用于计算设备的触摸屏，包括:壳体；安装在所述壳体中的透光材料层，该透光材料层包括上表面，所述上表面暴露出来以供一个或更多个物体从所述壳体的外部进行触摸；多个光发射器，所述多个光发射器在所述上表面下方安装在所述壳体中，用于发出光束；第一透镜组件，所述第一透镜组件安装在所述壳体中，用于将所述光发射器发出的光束以一定角度引导至所述层中，使得所述光束当所述光束进入所述层中时借助在所述层的所述上表面和所述下表面处的全内反射而保持限制于所述层处；多个光检测器，所述多个光检测器在所述上表面下方安装在所述壳体中，用于检测光束并生成表示所检测到的光量的输出；第二透镜组件，所述第二透镜组件安装在所述壳体中，用于将所述层的表面处的光束向着一个或更多个所述光检测器弓I导；以及计算单元，该计算单元安装在所述壳体中并连接至所述光接收器，用于基于所述光检测器的输出来确定对所述上表面进行触摸的所述一个或更多个物体的相应的一个或更多个位置，其中当所述层中的光束与所述物体中的任意一个接触时，这些光束在所述上表面处被散射回所述层内，使得与这些光束未被散射时相比，所述第二透镜组件将这些光束引导至更多的所述光检测器。
【专利附图】
【附图说明】
[0021]从如下结合附图给出的详细描述将更完全地理解和认识本发明，在附图中:
[0022]图1是传统的触摸屏系统的现有技术图示；
[0023]图2是传统的电阻式触摸屏的现有技术图示；
[0024]图3是传统的表面电容式触摸屏的现有技术图示；
[0025]图4是传统的投射电容式触摸屏的现有技术图示；
[0026]图5是根据本发明的一个实施方式的触摸屏检测通道的简化图示；
[0027]图6是根据本发明的一个实施方式的触摸屏系统中的沿着屏幕轴线取向的光束的简化图示；
[0028]图7是根据本发明的一个实施方式的触摸屏系统中的类似扇形地横跨屏幕扩散的光束的简化图示；
[0029]图8是根据本发明的一个实施方式的沿着屏幕边缘分布的产生圆形或弧形检测区域的组合发射器-接收器元件的简化图示；
[0030]图9是根据本发明的一个实施方式的触摸屏的一部分的图示，该触摸屏包括靠近定位的多个发射器，其中光由光纤光导引导到沿着第一屏幕边缘的位置；
[0031]图10是根据本发明的一个实施方式的具有16个发射器和16个接收器的触摸屏的图；
[0032]图11至13是根据本发明的一个实施方式的图10的触摸屏的图，示出了同时触摸屏幕的两个指示器的检测；
[0033]图14和15是根据本发明的一个实施方式的检测两个手指滑移运动的触摸屏的图；
[0034]图16是根据本发明的一个实施方式的图10的触摸屏的电路图；
[0035]图17是根据本发明的一个实施方式的基于光的触摸屏系统的简化图；[0036]图18是根据本发明的一个实施方式的图17的触摸屏系统的简化剖视图；
[0037]图19是根据本发明的一个实施方式的使得触摸屏系统能够确定触摸屏幕的指尖的精确位置的发射器、接收器和光学元件的布置的简化图示；
[0038]图20是根据本发明的一个实施方式的使得触摸屏系统能够检测到比传感器元件小的指示器(其中包括触笔)的发射器、接收器和光学元件的布置的简化图示；
[0039]图21是根据本发明的一个实施方式的利用宽光束覆盖屏幕的触摸屏的简化图；
[0040]图22是根据本发明的一个实施方式的准直透镜的简化图示；
[0041]图23是根据本发明的一个实施方式的与光接收器协作的准直透镜的简化图示；
[0042]图24是根据本发明的一个实施方式的具有面对发射器的微透镜表面的准直透镜的简化图示；
[0043]图25是根据本发明的一个实施方式的具有面对接收器的微透镜表面的准直透镜的简化图示；
[0044]图26是根据本发明的一个实施方式的具有宽光束触摸屏的电子设备的简化图示；
[0045]图27是根据本发明的一个实施方式的图26的电子设备的图，描绘了由两个接收器检测到的来自一个发射器的重叠光束；
[0046]图28是根据本发明的一个实施方式的图26的电子设备的图，描绘了由一个接收器检测到的来自两个发射器的重叠光束；
[0047]图29是根据本发明的一个实施方式的图26的电子设备的图，示出了屏幕上的点由至少两个发射器-接收器对检测；
[0048]图30是根据本发明的一个实施方式的宽光束触摸屏的简化图，示出了光信号的强度分布；
[0049]图31是根据本发明的一个实施方式的宽光束触摸屏的简化图，示出了来自两个发射器的重叠光信号的强度分布；
[0050]图32是根据本发明的一个实施方式的宽光束触摸屏的简化图，示出了来自一个发射器的两组重叠光信号的强度分布；
[0051]图33是根据本发明的一个实施方式的具有发射器和接收器透镜的宽光束触摸屏的简化图，该发射器和接收器透镜不具有微透镜图案；
[0052]图34和35是根据本发明的一个实施方式的具有发射器和接收器透镜的宽光束触摸屏的简化图，该发射器和接收器透镜具有微透镜图案；
[0053]图36是根据本发明的一个实施方式的具有发射器和接收器透镜的宽光束触摸屏的简化图，该发射器和接收器透镜不具有微透镜图案；
[0054]图37是根据本发明的一个实施方式的具有发射器和接收器透镜的宽光束触摸屏的简化图，该发射器和接收器透镜具有微透镜图案；
[0055]图38是根据本发明的一个实施方式的两个具有透镜的发射器的简化图，该透镜具有集成于其中的微透镜图案；
[0056]图39是根据本发明的一个实施方式的两个具有透镜的接收器的简化图，该透镜具有集成于其中的微透镜图案；
[0057]图40是根据本发明的一个实施方式的在具有显示器和外壳的电子设备的情况下的单个单元光导的侧视图的简化图；
[0058]图41是根据本发明的一个实施方式的在表面上施加有羽毛图案的透镜的从两个不同角度的侧视图的简化图；
[0059]图42是根据本发明的一个实施方式的宽光束触摸屏的一部分的简化图；
[0060]图43是根据本发明的一个实施方式的进入和退出蚀刻在透镜上的微透镜的光束的简化图的俯视图；
[0061]图44是根据本发明的一个实施方式的在具有显示器和外壳的电子设备的情况下的双单元光导的侧视图的简化图；
[0062]图45是根据本发明的一个实施方式的在具有PCB和外壳的设备的情况下的光导单元的图片；
[0063]图46是根据本发明的一个实施方式的图45的光导单元的俯视图；
[0064]图47是根据本发明的一个实施方式的用于基于光的触摸屏的检测手指触摸的错位对齐的发射器和检测器的简化图；
[0065]图48是根据本发明的一个实施方式的在图47的屏幕上的手指触摸检测的简化图示；
[0066]图49是根据本发明的一个实施方式的电子设备内的光导的侧剖面图的简化图；
[0067]图50是根据本发明的一个实施方式的电子设备的一部分和光导的上部的侧剖面图的简化图，该光导具有至少两个用于折叠光束的作用表面；
[0068]图51是根据本发明的一个实施方式的透明光学触摸光导的一部分的简化图，该透明光学触摸光导形成为覆盖显示器的防护玻璃的一体部分。
[0069]图52是根据本发明的一个实施方式的图50的电子设备和光导的简化图示，该电子设备和光导适合于隐藏屏幕的边缘；
[0070]图53是根据本发明的一个实施方式的从发射器对面延伸到显示器上方的作为单个单元的光导的简化图；
[0071]图54是根据本发明的一个实施方式的双单元光导的简化图；
[0072]图55是根据本发明的一个实施方式的由用户保持的触摸屏设备的简化图；
[0073]图56是根据本发明的一个实施方式的其中宽光束覆盖屏幕的触摸屏的简化图；
[0074]图57至59是根据本发明的一个实施方式的在设备的情况下的光导的立体简化侧视图、俯视图和仰视图；
[0075]图60是根据本发明的一个实施方式的被发射器和接收器包围的触摸屏的简化图示；
[0076]图61是根据本发明的一个实施方式的从三个角度示出的光学元件的简化图示，该光学元件具有波状角度图案的反射晶面；
[0077]图62是根据本发明的一个实施方式的光学元件的简化图示，该光学元件将来自邻近发射器的光反射、准直并使其交织。
[0078]图63是根据本发明的一个实施方式的多晶面光学元件的简化图；
[0079]图64是根据本发明的一个实施方式的简化曲线图，示出了对于九个晶面来说各种反射晶面参数对光分布的作用；
[0080]图65是根据本发明的一个实施方式的其中宽光束横跨屏幕的触摸屏的简化图示；
[0081]图66是根据本发明的一个实施方式的其中两个宽光束横跨屏幕的触摸屏的简化图示；
[0082]图67是根据本发明的一个实施方式的其中三个宽光束横跨屏幕的触摸屏的简化图示；
[0083]图68是根据本发明的一个实施方式的触摸屏中的宽光束的光分布的简化曲线图；
[0084]图69是根据本发明的一个实施方式的当指尖横跨屏幕运动时来自三个宽光束的检测信号的简化图示；
[0085]图70至72是根据本发明的一个实施方式的触摸屏中的重叠宽光束的光分布的简化曲线图；
[0086]图73是根据本发明的一个实施方式的当指尖在三个不同位置横跨屏幕运动时来自宽光束的检测信号的简化曲线图；
[0087]图74是根据本发明的一个实施方式的四个光学元件和四个邻近发射器的简化图示；
[0088]图75是根据本发明的一个实施方式的衍射表面的简化图，该衍射表面沿着公共路径引导来自两个发射器的光束；
[0089]图76是根据本发明的一个实施方式的被交替的发射器和接收器包围的触摸屏的简化图；
[0090]图77是根据本发明的一个实施方式的被交替的发射器和接收器包围的触摸屏和横跨触摸屏的宽光束的简化图；
[0091]图78是根据本发明的一个实施方式的被交替的发射器和接收器包围的触摸屏和横跨触摸屏的两个宽光束的简化图示；
[0092]图79是根据本发明的一个实施方式的被交替的发射器和接收器包围的触摸屏和横跨触摸屏的三个宽光束的简化图示；
[0093]图80是根据本发明的一个实施方式的使用于发射器和邻近接收器的光反射和交织的准直光学元件的简化图示；
[0094]图81至84是根据本发明的一个实施方式的相对于光发射器的第一取向不确定的多个触摸位置的图示；
[0095]图85至87是根据本发明的一个实施方式的相对于光发射器的第二取向确定的图81至83的多个触摸位置的图示；
[0096]图88是根据本发明的一个实施方式的触摸屏的简化图示，该触摸屏的光束沿着四个轴线被引导；
[0097]图89是根据本发明的一个实施方式的具有两个栅格取向的光发射器和光接收器的替代构造的简化图示；
[0098]图90是根据本发明的一个实施方式的交替的光发射器和光接收器的构造的简化图示；
[0099]图91是根据本发明的一个实施方式的由两个接收器检测的来自发射器的两个宽光束的简化图示；[0100]图92是根据本发明的一个实施方式的两个宽光束和这两个宽光束之间的重叠区域的简化图示；
[0101]图93是根据本发明的一个实施方式的位于检测光束的边缘的触摸点的简化图示；
[0102]图94是根据本发明的一个实施方式的在被设计用于手指触摸检测的屏幕中的手指大小的触摸点的简化图示；
[0103]图95是根据本发明的一个实施方式的沿着显示屏幕的一个边缘的发射器的简化图示，该发射器将光引导到沿着显示屏幕的两个边缘的接收器；
[0104]图96和97分别是根据本发明的一个实施方式的沿着三个方向折射光的透镜的简化图示，该透镜具有透镜表面，该透镜表面具有基本平坦的双边和三边凹腔的重复图案；
[0105]图98至100是根据本发明的一个实施方式的被交替的发射器和接收器包围的触摸屏和横跨触摸屏的对角宽光束的简化图示；
[0106]图101是根据本发明的一个实施方式的触摸屏中的横跨对角宽光束的光分布的简化曲线图；
[0107]图102是根据本发明的一个实施方式的触摸屏中的横跨三个重叠对角宽光束的光分布的简化曲线图；
[0108]图103是根据本发明的一个实施方式的触摸屏中的在手指横跨三个重叠对角宽光束滑移时的触摸检测的简化曲线图；
[0109]图104是根据本发明的一个实施方式的当指尖在三个不同位置横跨屏幕移动时来自对角宽光束的检测信号的简化曲线图；
[0110]图105是根据本发明的一个实施方式的用于被交替的发射器和接收器包围的触摸屏的第一实施方式的简化图示，由此由一个接收器检测横跨屏幕的对角和正交宽光束；
[0111]图106是根据本发明的一个实施方式的用于被交替的发射器和接收器包围的触摸屏的第二实施方式的简化图示，由此由一个接收器检测横跨屏幕的对角和正交宽光束；
[0112]图107是用户利用触笔在现有技术的触摸屏上进行书写的简化图示；
[0113]图108是根据本发明的一个实施方式的当用户的手掌搁在触摸屏上时检测触笔的位置的光束的简化图示；
[0114]图109是根据本发明的一个实施方式的包围触摸屏的框架的简化图示；
[0115]图110是根据本发明的一个实施方式的用于触摸屏的角部的发射器、接收器和光学元件的第一实施方式的简化图示；
[0116]图111是根据本发明的一个实施方式的用于触摸屏的角部的发射器、接收器和光学元件的第二实施方式的简化图示；
[0117]图112是根据本发明的一个实施方式的由对于红外光来说透明的塑料材料制成的光学部件的图示；
[0118]图113是根据本发明的一个实施方式的具有光导的触摸屏的侧视图的简化图；
[0119]图114是根据本发明的一个实施方式的触摸屏的图示，在每侧上有一组三个光学部件；
[0120]图115是根据本发明的一个实施方式的图114的发射器组中的一个发射器的放大图示；[0121]图116是根据本发明的一个实施方式的具有罩玻璃的触摸屏组件的简化图示；
[0122]图117是根据本发明的一个实施方式的具有罩玻璃的屏幕组件中的将内部反射的光散射的触摸的简化图示；
[0123]图118是根据本发明的一个实施方式的具有罩玻璃的屏幕组件中的吸收内部反射的光的触摸物体的简化图示；
[0124]图119是根据本发明的一个实施方式的具有罩玻璃的触摸屏组件的简化图示；
[0125]图120是根据本发明的一个实施方式的在图119中的触摸屏组件中的光束路径的简化图示；
[0126]图121是根据本发明的一个实施方式的具有罩玻璃的触摸屏组件的简化图示；
[0127]图122是根据本发明的一个实施方式的检测两个对角触摸点的发射器和接收器的简化图示；
[0128]图123是根据本发明的一个实施方式的检测三个触摸点的发射器和接收器的简化图示；
[0129]图124是根据本发明的一个实施方式的具有罩玻璃的触摸屏组件的简化图示；
[0130]图125是根据本发明的一个实施方式的用于消除多个触摸检测信号的歧义的方法的流程图；
[0131]图126是根据本发明的一个实施方式的具有罩玻璃的触摸屏组件的简化图示；
[0132]图127是根据本发明的一个实施方式的触摸屏的图示，该触摸屏具有用于在屏幕上引导光的沿着屏幕的第一边缘的长薄光导，并且具有用于检测被引导光的沿着屏幕的相对边缘布置的一组光接收器；
[0133]图128是根据本发明的一个实施方式的触摸屏的图示，该触摸屏具有用于在屏幕上引导光束的沿着屏幕的第一边缘的一组光发射器，并且具有用于接收被引导的光束并用于进一步将光束引导到位于光导的两端的光接收器的长薄光导；
[0134]图129是根据本发明的一个实施方式的两个光发射器的图示，每个发射器都连接至长薄光导的每端；
[0135]图130至133是根据本发明的一个实施方式的检测硬按压的发生的触摸屏的图示；
[0136]图134和135是根据本发明的一个实施方式的条形图，示出了当向刚性安装的7英寸LCD屏施加压力时检测到的光的增加；
[0137]图136和137是根据本发明的一个实施方式的触摸屏系统中的相对行的发射器和接收器透镜的图示；
[0138]图138是根据本发明的一个实施方式的用于通过触摸屏系统中的多个发射器-接收器对确定触摸位置的技术的简化图示；
[0139]图139是根据本发明的一个实施方式的用于图136和137的构造的光导框架的图示；
[0140]图140是根据本发明的一个实施方式的用于基于光的触摸屏的触摸检测方法的简化流程图；
[0141]图141至143是旋转姿势的图示，其中用户将两个手指放置在屏幕上并围绕轴线旋转这两个手指；[0142]图144至147是根据本发明的一个实施方式的在触摸屏上的各种位置的触摸事件的图示；
[0143]图148至151是根据本发明的一个实施方式的在图144至147中所示的触摸期间过程中光饱和度的相应条形图；
[0144]图152是根据本发明的一个实施方式的用于确定同时对角相对触摸的位置的方法的简化流程图；
[0145]图153是根据本发明的一个实施方式的用于区分顺时针和逆时针姿势的方法简化流程图；
[0146]图154是根据本发明的一个实施方式的用于基于光的触摸屏的校准和触摸检测方法的简化流程图；
[0147]图155是示出了根据本发明的一个实施方式的在由触摸产生的信号和由机械作用产生的信号之间的差别的图片；
[0148]图156是根据本发明的一个实施方式的用于在校准基于光的触摸屏时设定脉冲强度的控制电路的简化图；
[0149]图157是根据本发明的一个实施方式的用于校准基于光的触摸屏的校准脉冲的图表，该校准脉冲用于从最小电流到最大电流的范围的脉冲强度；
[0150]图158是根据本发明的一个实施方式的用于校准基于光的触摸屏的简化脉冲图和对应的输出信号曲线图；
[0151]图159是根据本发明的一个实施方式的图示，该图示示出了如何使用毛细作用增加定位印刷电路板上的诸如发射器或接收器之类的部件的精度；
[0152]图160是示出了根据本发明的一个实施方式的已经经过热炉的图159的印刷电路板的图不;
[0153]图161是根据本发明的一个实施方式的基于光的触摸屏和用于该触摸屏的ASIC控制器的简化图示；
[0154]图162是根据本发明的一个实施方式的用于基于光的触摸屏的控制器的芯片封装的电路图；
[0155]图163是根据本发明的一个实施方式的用于连接至图162的芯片封装的电路图，该电路图用于其中每行具有4或5个光电发射器的六行光电发射器；
[0156]图164是根据本发明的一个实施方式的被发射器和接收器包围的触摸屏的简化图示；
[0157]图165是根据本发明的一个实施方式的简化应用图，该简化应用图示出了构造有两个控制器的触摸屏；
[0158]图166是比较使用传统芯片和本发明的专用控制器的扫描顺序性能的曲线图；
[0159]图167是根据本发明的一个实施方式的发射器和接收器错位对齐布置的触摸屏的简化图示；
[0160]图168是根据本发明的一个实施方式的具有沿着每个屏幕边缘的交替的发射器和接收器的触摸屏的简化图示；
[0161]图169是根据本发明的一个实施方式的触摸表面的简化图示，该触摸表面具有位于该表面上面的柔性可压缩层；[0162]图170是根据本发明的一个实施方式的图169的触摸表面的放大图；
[0163]图171是根据本发明的一个实施方式的物体向下按压在图169的触摸表面的柔性可压缩层上并在其上产生压痕的简化图示；
[0164]图172是根据本发明的一个实施方式的另选的触摸表面的简化图示，该触摸表面具有位于该表面上面的柔性可压缩层；
[0165]图173是根据本发明的一个实施方式的物体向下按压图172的触摸表面的柔性可压缩层并在其上产生压痕的简化图示；以及
[0166]图174是根据本发明的一个实施方式的另一个另选触摸表面的简化图示，该触摸表面具有位于该表面上面的柔性可压缩层。
[0167]为了参照附图，提供了如下的元件索引及其标号。以100’ s标号的元件通常涉及光束，以200 ’ s标号的元件通常涉及光源，以300 ’ s标号的元件通常涉及光接收器，以400 ’ s和500’ s标号的元件通常涉及光接收器，以600’ s标号的元件通常涉及显示器，以700’ s标号的元件通常涉及电路元件，以800’ s标号的元件通常涉及电子设备，而以900’ s标号的元件通常涉及用户接口。以1000’ s标号的元件是流程图的操作。
[0168]类似地标号的元件代表同一类型的元件，但是它们无需是相同元件。
[0169]
【权利要求】
1.一种用于计算设备的触摸屏，包括: 壳体； 安装在所述壳体中的透光材料层，该透光材料层包括上表面和下表面，其中所述上表面暴露出来以供一个或更多个物体从所述壳体的外部进行触摸； 多个光发射器，所述多个光发射器在所述上表面下方安装在所述壳体中，用于发出光束； 第一透镜组件，所述第一透镜组件安装在所述壳体中，用于将所述光发射器发出的光束以一定角度引导至所述层中，使得所述光束当所述光束进入所述层中时在所述光束未被对所述上表面进行触摸的所述物体中的任意一个吸收的情况下借助在所述层的所述上表面和所述下表面处的全内反射而保持限制于所述层处； 多个光检测器，所述多个光检测器在所述上表面下方安装在所述壳体中，用于检测光束并生成表示所检测到的光量的输出； 第二透镜组件，所述第二透镜组件安装在所述壳体中，用于将所述层的表面处的光束向着所述光检测器中的一个或更多个引导；以及 计算单元，该计算单元安装在所述壳体中并连接至所述光接收器，用来基于所述光检测器的输出来确定对所述上表面进行触摸的所述一个或更多个物体的相应的一个或更多个位置， 其中当所述层中的光束与所述物体中的任意一个接触时，这些光束在所述上表面处被部分地吸收。
2.根据权利要求1`所述的触摸屏，其中所述透光材料包括对红外光透明的玻璃或者塑料。
3.根据权利要求1所述的触摸屏，其中所述透光材料是对红外光透明的透光凝胶或者填充有液体的液囊。
4.根据权利要求1所述的触摸屏，该触摸屏进一步包括光学透明传输带，用于将所述层紧固在所述第一透镜组件和所述第二透镜组件上。
5.根据权利要求1所述的触摸屏，其中所述第一透镜组件将从所述光发射器发出的部分光束在所述上表面上方引导在所述层之上，并且其中所述第二透镜组件将来自所述上表面上方的光束引导至所述光检测器中的一个或更多个。
6.根据权利要求1所述的触摸屏，其中所述第一透镜组件将所述光发射器发出的光束从所述层的一侧或更多侧引导至所述层中，并且其中所述第二透镜组件将从所述层的所述一侧或更多侧出射的光束引导至所述光检测器中的一个或更多个。
7.根据权利要求1所述的触摸屏，其中所述层以及所述第一透镜组件和所述第二透镜组件包括单个整体单元。
8.根据权利要求1所述的触摸屏，其中所述光发射器沿着所述层的两个相邻边缘布置，其中所述光检测器沿着所述层的两个另外的相邻边缘布置，其中所述光发射器与所述光检测器错位对齐，并且其中所述计算单元基于所述光检测器的输出小于当没有物体触摸所述上表面时预期的输出来确定对所述上表面进行触摸的所述一个或更多个物体的相应的一个或更多个位置。
9.根据权利要求1所述的触摸屏，其中所述光发射器和所述光检测器沿着所述层的边缘以交替序列布置，并且其中所述计算单元基于所述光检测器的输出小于当没有物体触摸所述上表面时预期的输出来确定对所述上表面进行触摸的所述一个或更多个物体的相应的一个或更多个位置。
10.一种用于计算设备的触摸屏，包括: 壳体； 安装在所述壳体中的透光材料层，该透光材料层包括上表面和下表面，其中所述上表面暴露出来以供一个或更多个物体从所述壳体的外部进行触摸； 多个光发射器，所述多个光发射器在所述上表面下方安装在所述壳体中，用于发出光束； 第一透镜组件，所述第一透镜组件安装在所述壳体中，用于将所述光发射器发出的光束以一定角度引导至所述层中，使得所述光束当所述光束进入所述层中时借助在所述层的所述上表面和所述下表面处的全内反射而保持限制于所述层处； 多个光检测器，所述多个光检测器在所述上表面下方安装在所述壳体中，用于检测光束并生成表示所检测到的光量的输出； 第二透镜组件，所述第二透镜组件安装在所述壳体中，用于将所述层的表面处的光束向着所述光检测器中的一个或更多个引导；以及 计算单元，该计算单元安装在所述壳体中并连接至所述光接收器，用于基于所述光检测器的输出来确定对所述上表面进行触摸的所述一个或更多个物体的相应的一个或更多个位置， 其中当所述层中的光束与所`述物体中的任意一个接触时，这些光束在所述上表面处被散射回所述层内，使得与这些光束未被散射时相比，所述第二透镜组件将这些光束引导至更多的所述光检测器。
11.根据权利要求10所述的触摸屏，其中所述透光材料包括对红外光透明的玻璃或者塑料。
12.根据权利要求10所述的触摸屏，其中所述透光材料是对红外光透明的透光凝胶或者填充有液体的液囊。
13.根据权利要求10所述的触摸屏，该触摸屏进一步包括光学透明传输带，用于将所述层紧固在所述第一透镜组件和所述第二透镜组件上。
14.根据权利要求10所述的触摸屏，其中所述第一透镜组件将从所述光发射器发出的部分光束在所述上表面上方引导到所述层之上，并且其中所述第二透镜组件将来自所述上表面上方的光束引导至所述光检测器中的一个或更多个。
15.根据权利要求10所述的触摸屏，其中所述第一透镜组件将所述光发射器发出的光束从所述层的一侧或更多侧引导至所述层中，并且其中所述第二透镜组件将从所述层的所述一侧或更多侧出射的光束引导至所述光检测器中的一个或更多个。
16.根据权利要求10所述的触摸屏，其中所述层以及所述第一透镜组件和所述第二透镜组件包括单个整体单元。
17.根据权利要求10所述的触摸屏，其中所述光发射器沿着所述层的两个相邻边缘布置，其中所述光检测器沿着所述层的两个另外的相邻边缘布置，其中所述光发射器与所述光检测器错位对齐，并且其中所述计算单元基于所述光检测器的输出小于当没有物体触摸所述上表面时预期的输出来确定对所述上表面进行触摸的所述一个或更多个物体的相应的一个或更多个位置。
18.根据权利要求10所述的触摸屏，其中所述光发射器和所述光检测器沿着所述层的边缘以交替序列布置，并且其中所述计算单元基于所述光检测器的输出小于当没有物体触摸所述上表面时预期的输出来确定对所述上表面进行触摸的所述一个或更多个物体的相应的一个或更多个位置。
19.根据权利要求10所述的触摸屏，其中所述第一透镜组件和所述第二透镜组件包括用于将来自所述光发射器中的每一个的光束在三个方向上进行引导的重复的三面透镜图案。
20.根据权利要求19所述的触摸屏，其中在三个方向上从所述发射器中的每一个引导的光被沿着所述层的三个不同边缘布置的三个所述光检测器接收。
21.—种基于光的触敏设备,包括: 壳体； 装在所述壳体中的表面； 位于所述表面上方的弹性材料层； 安装在所述壳体中的多个光脉冲发射器，用于发出穿过所述层的光脉冲； 安装在所述壳体中的多个光脉冲接收器，用于接收穿过所述层发出的光脉冲； 计算单元，该计算单元安装在所述壳体中并连接至所述接收器，用于基于所述接收器的输出来确定对所述层进行触 摸并在所述层中产生印记的指示器的位置。
22.根据权利要求21所述的基于光的触敏设备，该触敏设备进一步包括触觉驱动器，该触觉驱动器安装在所述壳体中并连接至所述层和所述计算单元，用于在所述指示器在所述层中产生印记时在所述层中生成触觉振动。
23.根据权利要求21所述的基于光的触敏设备，其中所述层包括所述壳体的齐平外表面的至少一部分。
24.根据权利要求21所述的基于光的触敏设备，该触敏设备进一步包括位于所述壳体中的至少一个光导，该至少一个光导用于将来自所述发射器的光脉冲引导至所述层中，并从所述层引导至所述接收器，其中所述层的上表面与所述至少一个光导的上边缘共面。
25.根据权利要求24所述的基于光的触敏设备，其中所述至少一个光导和所述层通过包覆成型工艺一起形成。
26.根据权利要求21所述的基于光的触敏设备，该触敏设备进一步包括位于所述壳体中的至少一个光导，所述光导将光脉冲穿过所述层在所述表面之上横跨所述表面进行引导，并且将所述光脉冲在所述层上方所述表面之上横跨所述表面进行引导。
27.根据权利要求21所述的基于光的触敏设备，进一步包括: 位于所述表面与所述层之间的气隙；以及 位于所述壳体中的至少一个光导，所述光导将光脉冲穿过所述层在所述表面之上横跨所述表面进行引导，并且将所述光脉冲穿过所述气隙在所述表面之上横跨所述表面进行引导。
28.—种基于光的触敏设备,包括: 壳体；装在所述壳体中的表面； 位于所述表面上方的弹性材料层，该弹性材料层在所述表面与所述层之间形成气隙； 安装在所述壳体中的多个光脉冲发射器，用于发出穿过所述气隙在所述表面之上横跨所述表面的光脉冲； 安装在所述壳体中的多个光脉冲接收器，用于接收所述光脉冲；以及 计算单元，该计算单元安装在所述壳体中并连接至所述接收器，用于基于所述接收器的输出来确定对所述层进行触摸并在所述层中产生印记的指示器的位置。
29.根据权利要求28所述的基于光的触敏设备，该触敏设备进一步包括触觉驱动器，该触觉驱动器安装在所述壳体中并连接至所述层和所述计算单元，用于在所述指示器在所述层中产生印记时在所述层中生成触觉振动。
30.根据权利要求28所述的基于光的触敏设备，其中所述层包括所述壳体的齐平外表面的至少一部分。
31.根据权利要求28所述的基于光的触敏设备，该触敏设备进一步包括位于所述壳体中的至少一个光导，该至少一个光导将来自所述发射器的光脉冲引导至所述气隙中，并从所述气隙引导至所述接收器，其中所述层的上表面与所述至少一个光导的上边缘共面。
32.根据权利要求31所述的基于光的触敏设备，其中所述至少一个光导和所述层通过包覆成型工艺一起形成。
33.根据权利要求28所述的基于光的触敏设备，其中所述层是可移除的。
34.根据权利要求33所述的基于光的触敏设备，其中所述层附接至框架，所述框架利用卡合运动以可移除方式附接至所述壳体。`
35.根据权利要求34所述的基于光的触敏设备，其中所述表面包括显示器，所述设备进一步包括非易失存储器，该非易失存储器存储有用于提供指令以在所述显示器上呈现至少两个用户接口的程序代码，该至少两个用户接口即:当所述层附接至所述壳体时使用的基于触摸的低分辨率用户接口以及当所述层从所述壳体分离时使用的基于触摸的高分辨率用户接口。
36.根据权利要求34所述的基于光的触敏设备，进一步包括: 连接至所述层的射频识别(RFID)芯片；以及 安装在所述壳体中的RFID读取器，用于通过所述RFID芯片检测所述层与所述壳体的附接， 其中所述程序代码提供指令以在所述RFID读取器检测到所述层附接至所述壳体时呈现所述基于触摸的低分辨率用户接口。
【文档编号】G06F3/0488GK103518184SQ201380001275
【公开日】2014年1月15日 申请日期:2013年2月12日 优先权日:2012年3月11日
【发明者】斯特凡·霍姆格伦, 拉尔斯·斯帕尔夫, 雷莫·贝达什特, 托马斯·埃里克松, 迈克尔·劳伦斯·叶良, 约瑟夫·沙因, 安德斯·杨松, 罗伯特·彼得松, 约翰·卡尔松 申请人:内奥诺德公司