接收触摸输入的装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术描述了一种红外式触摸屏，虽然仅在触摸输入区域的两个相对的侧面具有光发射装置和光检测装置，但仍能够以二维方式检测并定位触摸物体。某些实施例使用边缘模糊算法确定第二坐标，而其他实施例通过三角测量使用立体视觉形式确定两个坐标。这些触摸屏沿触摸输入区域的两个相对的侧面具有最小边框宽度，也降低了部件和产品的组装和制造的关联成本。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及触摸屏，尤其涉及具有相对较少的部件的红外式触摸屏，减少了边框(bezel)尺寸和/或降低了成本。然而，应该明白的是，本专利技术并不限于该特定的应用领域。相关申请本专利技术要求享有来自澳大利亚的临时专利申请号为2009905626和2010902780的优先权，以及来自美国的临时专利申请号为61/347330的优先权，其内容已通过引用包含在此。
技术介绍
下面关于现有技术的讨论是为了将本专利技术置于合适的技术背景中，并使得本专利技术的优势能够更充分地理解。然而，应当理解的是，在整个说明书中关于现有技术的任何讨论都不应被理解为明确地或暗示地承认这样的现有技术在本领域内是公知的或形成了公知常识的一部分。基于触摸传感的输入设备（这里指的是不考虑输入区域是否与显示屏相对应的触摸屏）一直被用于电子设备，例如计算机，个人数字助理(PDA)，手持型游戏机以及报摊销售点，如今又出现在其他便携式消费电子设备例如移动电话上。通常，触摸使能的设备允许用户通过触摸一个或多个图形元件（例如呈现在显示屏上的图标或虚拟键盘的按键），或者通过在显示屏或pad上书写，来与设备进行交互。一些触摸传感技术是已知的，包括电阻式，表面电容式，投射电容式，表面声波式，光学和红外式，所有这些技术都在某方面具有优点和缺点，例如成本，可靠性，强光下观察的舒适度，感知触摸物体（例如手指，戴手套的手指或尖笔）的不同类型的能力，以及单点触摸或多点触摸能力。最常见的方式是使用一层柔韧的电阻式覆盖层，尽管该覆盖层容易被损坏，会导致刺眼问题，且容易使位于下面的屏幕变得暗淡，而需要使用额外的功率来弥补这样的暗淡。电阻式设备还可能对湿度敏感，且电阻式覆盖层的成本由周长的平方决定。另一种方式是电容式触摸屏，其也需要一层覆盖层。在这种情况中，覆盖层通常更耐用，但是刺眼和暗淡的问题依然存在。在通常被称为“红外”触摸的另外一种常见方式中，在显示屏的前方建立起光束矩阵（通常但不一定在红外线中），通过一个或多个光束的中断来检测触摸。如图1所示，在例如美国专利US 3,478,220和US 3,673,327中描述的最早期形式的红外式触摸屏2，包括沿着矩形输入区域6的两个相邻的侧面的离散光源（例如LED）阵列4，该离散光源阵列4朝向对面的沿着该输入区域的另外两个侧面的光电检测器阵列10发出两组平行光束8。如果在输入区域内的触摸物体12阻挡了两条轴线中每条轴线中的至少一束光束的主要部分，则该触摸物体12的位置将很容易被确定。如图2所示，在美国专利号5,914,709的专利中描述了一种不同的红外式触摸屏14，其大大减少了光电子部件的数量（并因此降低了部件成本），由集成在L型基板18上的“发射”光波导阵列16代替了光源阵列，该“发射”光波导阵列16通过1×N分路器20将来自单一光源4的光进行分发，以产生网格状光束8，由集成在另一块L型基板24上的“接收”光波导阵列22代替了光电检测器阵列，该“接收”光波导阵列22收集光束，并将收集到的光束引导至检测器阵列26（例如线阵相机或数码相机芯片）。每个发射光波导包括同平面式透镜28，同样的，每个接收光波导包括同平面式透镜29，用以准直（collimate）或聚焦信号光在输入区域6的平面上，触摸屏还可以包含圆柱形曲面垂直准直透镜（VCL）30，用以准直在平面外方向上的信号光。如图1的触摸屏2中所示，触摸物体位于每条轴线上阻挡了光束。为简单起见，在图2中，输入区域6的每个侧面仅示出了四个波导；在实际的触摸屏中，同平面式透镜会间隔足够紧密，以至于最小的可能的触摸物体将阻挡在每条轴线上的至少一束光束的主要部分。另一种不同的红外式触摸屏31如图3所示，该红外式触摸屏31已在US 2008/0278460A1、名称为“传输主体”的专利中公开，且这里通过引用而被引入，图2的触摸屏中的“发射”波导16以及相关联的同平面式透镜28被传输主体32所取代，该传输主体32包括导光板34以及两个包含抛物面反射器38的准直/重定向元件36。来自一对光源4（例如LED）的红外线40被发射进导光板，然后由准直/重定向元件进行准直和重定向，以产生在导光板前面朝向接收波导22传输的两个片光42。根据片光（light sheet）被触摸物体阻挡的那些部分，来检测触摸事件，并确定触摸的位置和大小。显然，导光板34需要对光源4发出的红外线40是透明的，而且，如果存在置于下方的显示屏（未示出），导光板34还需要对可见光透明。可选地，显示屏可以位于导光板和片光之间，在这种情况中导光板不需要对可见光透明。与图1所示的“离散部件”触摸屏相比，图2和图3所示的触摸屏还通过在接收侧使用波导而提供增强的空间分辨率。解释如下，只有在角度的很窄的范围内传播的光线将通过每个同平面式透镜29被聚焦到该同平面式透镜29相关联的波导内，而其他光线则被拒绝。图1、图2和图3所示的红外式触摸屏的共同方面在于，存在着围绕输入区域6的所有四个侧面的部件，该输入区域6通常与显示屏一致。无论这些部件是图1设备中的光源阵列4和光电检测器阵列10，还是图2设备中的波导基板18，24，还是图3设备中的波导基板24和抛物面反射器38，它们的存在限制了边框可以被制造得多窄。应该明白的是，在所有四个侧面上相关联的“边框宽度”限制了在给定的消费电子设备内的有效显示尺寸，而这可能成为诸如手机之类的小型设备的重要限制。过多的边框宽度还可能在现有设备设计内在结合红外触摸的附加功能时出现问题。而且，应该明白的是，部件遍布显示屏的所有侧面，还将增加部件相关联的成本以及额外的装配和制造成本。专利技术目的本专利技术的一个目的是克服或改善现有技术的至少一个缺陷，或提供有帮助的替代方案。本专利技术优选形式的一个目的是提供一种至少在输入区域的两个侧面上减少了边框宽度的红外式触摸屏。本专利技术优选形式的另一个目的是提供一种具有更少的部件，以减少材料清单以及产品装配和制造的成本的红外式触摸屏。
技术实现思路
根据第一方面，本专利技术提供了一种输入设备，包括：输入区域，适用于将触摸输入接收到所述输入设备；发射系统，适用于从所述输入区域的第一侧面发射多个能量光束；沿所述输入区域的第二侧面配置的检测系统，适用于在所述光束经过所述输入区域后，测量所述多个能量光束的强度分布，所述第二侧面与所述第一侧面相对；和可操作性地连接到所述检测系统的分析器，适用于分析所述强度分布，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2009.11.17 AU 2009905626;2010.06.24 AU 2010902780;1.一种输入设备，包括：
输入区域，适用于将触摸输入接收到所述输入设备；
发射系统，适用于从所述输入区域的第一侧面发射多个能量光束；
沿所述输入区域的第二侧面配置的检测系统，适用于在所述光束经过所
述输入区域后，测量所述多个能量光束的强度分布，所述第二侧面与所述第
一侧面相对；和
可操作性地连接到所述检测系统的分析器，适用于分析所述强度分布，
并沿所述第一侧面和第二侧面之间的坐标轴确定所述物体的位置。
2.根据权利要求1所述的输入设备，其中，所述多个能量光束是大体
为平面形式的基本上准直的信号。
3.根据权利要求1或2所述的输入设备，其中，所述能量光束包括红
外线或可见光。
4.根据上述任一权利要求所述的输入设备，其中，所述分析器进一步
适用于分析所述强度分布，以沿第二坐标轴确定所述物体的位置，所述第二
坐标轴与所述第一侧面和第二侧面之间的所述坐标轴成直角。
5.根据上述任一权利要求所述的输入设备，其中，与所述第一侧面相
邻的所述输入区域的侧面没有发射系统或检测系统。
6.一种用于确定物体在输入区域内的位置的方法，所述方法包括以下
步骤：
从所述输入区域的第一侧面向所述输入区域的第二相对侧面发射多个
能量光束；
在所述能量光束经过所述输入区域后，测量所述多个能量光束的强度分
布；和
分析所述强度分布，以沿所述第一侧面和第二侧面之间的坐标轴确定所
述物体的位置。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，与所述第一侧面相邻的所述输
入区域的侧面没有发射系统或检测系统。
8.一种输入设备，包括：
输入区域，适用于将触摸输入接收到所述输入设备；
发射系统，适用于从所述输入区域的第一侧面发射多个能量光束；
沿所述输入区域的第二侧面配置的检测系统，适用于在所述光束经过所
述输入区域后，测量所述多个能量光束的强度分布，所述第二侧面与所述第
一侧面相对；和
可操作性地连接到所述检测系统的分析器，适用于分析所述强度分布，
其中，物体在所述输入区域内的出现将引起所述强度分布的变化，所述分析
器适用于通过分析所述变化来沿所述第一侧面和第二侧面之间的坐标轴确
定所述物体的位置。
9.根据权利要求8所述的输入设备，其中，所述变化包括所述强度分
布中强度减少的区域。
10.根据权利要求9所述的输入设备，其中，所述分析器适用于确定在
所述强度减少的区域内在一个或多个位置的梯度，由此确定所述物体与所述
输入区域的所述第二侧面之间的距离。
11.根据权利要求10所述的输入设备，其中，所述梯度的量值随所述
物体与所述输入区域的所述第二侧面之间距离的增加而降低。
12.根据权利要求8至11任一所述的输入设备，其中，所述能量光束
包括红外线或可见光。
13.根据权利要求12所述的输入设备，其中，所述发射系统包括：光
源；适用于接收、限制和发射平面形式光信号的传输元件；适用于基本上准
直光信号的准直元件；适用于对光信号进行重定向的重定向元件，其中，所
述传输、准直和重定向元件被设置为接收来自所述光源的光信号，并发射、
准直和重定向所述光信号，以产生所述多个能量光束作为大体为平面形式的
基本准直的信号。
14.根据权利要求12所述的输入设备，其中，所述发射系统包括：光
源；沿所述输入区域的所述第一侧面布置的发射光波导阵列，适用于将来自
所述光源的光引导至所述第一侧面，以产生所述多个能量光束。
15.根据权利要求8至14任一所述的输入设备，其中，所述检测系统
包括沿所述第二侧面布置的光波导阵列，适用于接收所述多个能量光束的部
分，并引导所述部分至检测器阵列。
16.根据权利要求8至15任一所述的输入设备，其中，所述分析器进

\t一步适用于分析所述强度分布，以沿第二坐标轴确定所述物体的位置，该第
二坐标轴与所述第一侧面和第二侧面之间的所述坐标轴成直角。
17.根据权利要求8至16任一所述的输入设备，其中，与所述第一侧
面相邻的所述输入区域的侧面没有发射系统或检测系统。
18.一种用于确定物体在输入区域内的位置的方法，所述方法包括以下
步骤：
从所述输入区域的第一侧面向所述输入区域的第二相对侧面投射多个
能量光束；
在所述光束已经经过所述输入区域后，测量所述多个能量光束的强度分
布；
分析所述强度分布，以确定所述强度分布的变化，该变化表明物体在所
述输入区域内的出现；
计算所述强度分布的所述变化的参数；利用所述参数沿所述第一侧面和
第二侧面之间的坐标轴确定所述物体的位置。
19.根据权利要求18所述的方法，其中，所述强度分布的变化包括强
度减少的区域。
20.根据权利要求19所述的方法，其中，所述参数包括在所述强度减
少的区域内在一个或多个位置测量的梯度。
21.根据权利要求20所述的方法，其中，所述梯度的量值随所述物体
与所述输入区域的所述第二侧面之间的距离的增加而降低。
22.根据权利要求18至21中任一项所述的方法，其中，所述多个能量
光束是大体为平面形式的基本准直的信号。
23.根据权利要求18至22中任一项所述的方法，其中，进一步包括分
析所述强度分布，以沿第二坐标轴确定所述物体的位置的步骤，所述第二坐
标轴与所述第一侧面和第二侧面之间的所述坐标轴成直角。
24.根据权利要求18至23中任一项所述的方法，其中，与所述第一侧
面相邻的所述输入区域的侧面没有发射系统或检测系统。
25.一种输入设备，包括：
输入区域，适用于将触摸输入接收到所述输入设备；
发射系统，适用于发射经过所述输入区域的第一和第二多个能量光束，

\t所述第一和第二多个能量光束在所述输入区域的第一和第二侧面之间沿第
一和第二方向传播，所述第一和第二方向相互之间成一个角度；
检测系统，适用于在所述能量光束经过所...

【专利技术属性】
技术研发人员：D·库库尔吉，
申请(专利权)人：RPO私人有限公司，
类型：
国别省市：