利用全内反射的压力感测触摸系统技术方案

公开了一种利用光的全内反射的压力感测触摸系统。所述触摸系统包括具有一表面的透明薄片。至少一个光源和至少一个检测器相对于所述透明薄片可操作地布置以分别将光传输通过所述薄片和检测经传输的光。在所述透明薄片的顶部表面处的触摸事件导致光从所述透明薄片散射，从而改变了在所述检测器处接收的光量。由于在所述触摸事件位置处产生的散射光的量是在所述触摸事件处所施加压力的函数，因而检测器信号中的变化被用于确定所施加压力的相对量。还公开了包括多个波导和沟道波导以及力感测设备的实施例。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利摘要】公开了一种利用光的全内反射的压力感测触摸系统。所述触摸系统包括具有一表面的透明薄片。至少一个光源和至少一个检测器相对于所述透明薄片可操作地布置以分别将光传输通过所述薄片和检测经传输的光。在所述透明薄片的顶部表面处的触摸事件导致光从所述透明薄片散射，从而改变了在所述检测器处接收的光量。由于在所述触摸事件位置处产生的散射光的量是在所述触摸事件处所施加压力的函数，因而检测器信号中的变化被用于确定所施加压力的相对量。还公开了包括多个波导和沟道波导以及力感测设备的实施例。【专利说明】利用全内反射的压力感测触摸系统 相关申请的交叉引用 本申请根据35U.S.C. §119要求2012年4月30日提交的美国临时申请S/ N. 61/640, 605的优先权益，本申请依赖该美国临时申请的内容并且其内容通过引用而整体 结合于此。
本专利技术涉及触敏设备，并且尤其涉及利用光的全内反射的压力感测触摸系统。
技术介绍
具有非机械触摸功能的显示器和其它设备（例如，键盘）的市场快速发展。因此， 已开发多种触摸感测技术以使显示器和其它设备具有触摸功能。触摸感测功能在移动设备 应用中获得广泛应用，诸如智能电话、电子书阅读器、膝上型计算机和平板计算机。 已开发采用触摸屏形式的触摸系统，其响应于多种类型的触摸，诸如单触摸、多触 摸、滑动以及具有不同压力的触摸。然而，压力感测触摸屏以及其它触摸系统通常依赖于常 规压力传感器来感测触摸压力且因此制造相对复杂且昂贵。
技术实现思路
本公开的一方面是用于在触摸事件的位置处感测压力的量的压力感测触摸系统。 该系统包括具有顶部表面、底部表面以及包含边缘的周边的透明薄片，其中触摸事件发生 在位于触摸事件位置处的顶部表面上。该系统还具有相对于透明薄片可操作地布置的至少 一个光源并且该光源发射耦合入透明薄片的光以使该光经由全内反射在透明薄片内传播。 该系统还包括相对于透明薄片和光源可操作地布置的至少一个检测器。该检测器产生检测 器电信号，该检测器电信号具有代表在透明薄片内传播的光的所测得强度的信号强度，其 中触摸事件引起所测得的光强度中的变化，该变化对应于施加在触摸事件位置处的压力中 的变化。 本公开的另一方面为以上所描述的系统，并且进一步包括可操作地耦合至至少一 个光源以及至少一个探测器的控制器。控制器配置成接收检测器电信号并确定施加在触摸 事件位置处的压力中的变化。 本公开的另一方面为以上所描述的系统，进一步包括经波长调制的光源以在检测 器处形成强度调制光。由于在很多不同的光路上传播的光的干涉，调制强度可以是复杂的 且产生对触摸事件敏感的斑点效应，其中触摸事件干扰了在检测器处形成斑点图案的光路 中的一些，因此引起代表在触摸事件位置处的压力中的变化的检测器电信号中的变化。 本公开的另一方面为以上所描述的系统，其中检测器电信号由控制器进行处理以 确定代表施加在触摸事件位置处的压力中的变化的调制对比度。 本公开的另一方面为以上所描述的系统，其中透明薄片对红外（IR)光基本上透 明，其中从至少一个光源所发射的光包括IR光，并且其中至少一个检测器配置成检测该IR 光。 本公开的另一方面为以上所描述的系统，进一步包括为粗糙化表面的顶部表面。 本公开的另一方面为以上所描述的系统，其中粗糙化表面有着具有位于100微米 至IJ 500微米之间的尺寸的特征。 本公开的另一方面为以上所描述的系统，进一步包括设置在透明薄片的顶部表面 上的层，其中该层提高了 a)压力感测灵敏度和b)可检测压力的范围中的至少一个。 本公开的另一方面为以上所描述的系统，其中第一和第二层设置在透明薄片的顶 部和底部表面上，其中该第一和第二层具有大于透明薄片的折射率并且其用作在光源和检 测器之间传送光的第一和第二波导。 本公开的另一方面为以上所描述的系统；其中透明薄片包括主体，该系统进一步 包含毗邻透明层的顶部表面、位于透明薄片的主体中的离子交换区域。该离子交换区域限 定出面波导且该透明层的主体限定出体波导。面波导和体波导用于引导（传送）光从光源 至探测器。在示例中，面波导和体波导与光源和检测器一起限定出光学干涉仪。 本公开的另一方面为以上所描述的系统，进一步包括相对于透明薄片可操作地布 置的至少一个力感测设备以测量与触摸事件相关联的力的量。 本公开的另一方面为以上所描述的系统，其中该系统包括可操作地耦合至所述至 少一个力感测设备的控制器且其被配置成将所测得的力的量转换成与触摸事件相关联的 压力。在示例中，这通过了解、测量或估算与触摸事件相关联的光学接触的面积来实现。 本公开的另一方面为以上所描述的系统，其中所述至少一个力感测设备选自包 括：力感测电阻器、基于压电的力感测设备、基于电路的应变仪、光学应变仪、电容性应变仪 以及基于加速计的力传感器的压力感测设备组。 本公开的另一方面为具有压力感测能力的显示器系统并且其包括如这里所述的 压力感测触摸系统，以及具有显示器的显示器单元，其中压力感测系统可操作地毗邻显示 器设置。所得的显示器系统具有可与显示器系统的触摸定位能力协同工作的压力感测能 力。可选地,压力感测触摸系统可具有触摸定位能力。 本公开的另一方面为一种确定由工具在位于透明薄片的顶部表面上的触摸事件 的位置处所施加的压力的相对量的方法。该方法包括利用全内反射发送来自至少一个光源 的光通过透明薄片。该方法进一步包括检测至少一个检测器处的光并产生第一检测器电信 号，其中该经检测的光被在顶部表面处的工具所施加的压力散射或与在顶部表面处的工具 所施加压力的量成比例地衰减。该方法还包括从第一检测器电信号中确定在触摸事件的位 置处由工具所施加的压力的量。 本公开的另一方面为以上所描述的方法，其中工具为手指、铅笔、钢笔或指示笔。 本公开的另一方面为以上所描述的方法，进一步包括测量不存在触摸事件时的基 线检测器电信号并且将第一检测器电信号与基线检测器电信号进行比较以确定在触摸事 件的位置处由工具所施加的压力的量。 本公开的另一方面为以上所描述的方法，其中所述光具有一波长且进一步包括： 调制所述光的波长；使该波长调制光通过光栅以将入射到光栅上的光分成第一和第二光 束；检测第一和第二光束以使第一检测器电信号包括强度调制信息；并且处理第一检测器 电信号以确定代表在触摸事件位置处由工具所施加的压力的相对量的调制对比度。在示例 中，存在足以在检测器处产生斑点干涉图案的多个第一光束以及多个第二光束。 本公开的另一方面为以上所描述的方法，进一步包括利用相对于透明薄片可操作 地布置的一个或多个力感测设备测量在触摸事件位置处由工具所施加的力。 本公开的另一方面为以上所描述的方法，进一步包括将顶部表面形成为粗糙表 面。 本公开的另一方面为以上所描述的方法，进一步包括提供位于顶部表面顶上的 层，其中该层提高了压力感测灵敏度和/或压力范围。 本公开的另一方面为以上所描述的方法，包括将所述至少一个光源和所述至少一 个检测器设置在透明薄片的同一侧或同一面。 本公开的另一方面为以上所描述的方法，包括将所述至少一个光源或所述至少一 个检测器设置本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于感测在触摸事件位置处的压力的量的压力感测触摸系统，包括：透明薄片，具有顶部表面、底部表面以及包含边缘的周边，其中所述触摸事件发生在顶部表面上的触摸事件位置处。至少一个光源，相对于所述透明薄片可操作地布置，并且所述光源发射耦合入所述透明薄片的光以使所述光经由全内反射传播；以及至少一个检测器，相对于所述透明薄片和所述光源可操作地布置并且产生检测器电信号，所述检测器电信号具有代表了在透明薄片内传播的光的所测得强度的信号强度，其中所述触摸事件引起所测得的光强度中的变化，所述变化对应于施加在触摸事件位置处的压力中的变化。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：I·巴哈拉夫，J·S·金，
申请(专利权)人：康宁股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US