專利名稱：檢測觸摸表面上對象的位置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及用于檢測觸摸表面上對象的位置的技術。觸摸表面可是觸摸感應面板 的一部分。
背景技術：
觸摸感應板越來越多地被用于向計算機、電子測量和測試設備、游戲設備，等等提 供輸入數(shù)據(jù)。面板可配置有圖形用戶界面(GUI)，用于讓用戶使用例如指針、手寫筆或一個 或多個手指互動。GUI可以是固定的或動態(tài)的。固定GUI可例如是放置在面板上、下或內(nèi)的 印刷品的形式。動態(tài)GUI可以通過與面板結合或放置在面板下方的顯示屏，或通過投影儀 投影到面板上的圖像提供。存在許多已知的技術用于提供面板的觸摸靈敏度，例如通過使用相機來捕捉面板 上觸摸點散射的光，或通過將電阻線網(wǎng)、電容式傳感器、應變儀，等等并入面板。US2004/0252091公開了一種可選技術，其基于受抑全內(nèi)反射(FTIR)。來自兩個間 隔光源的發(fā)散光束被耦合到面板中，以通過全內(nèi)反射在面板內(nèi)部傳播。來自每個光源的光 在整個面板上自始至終是均勻地分布的。光傳感器陣列位于面板周長的周圍以檢測來自光 源的光。當對象靠近接觸到面板的表面時，光將在觸摸點局部地衰減。對象的位置通過在 光傳感器陣列處基于來自每個源的光衰減的三角測量來確定。US3, 673，327公開了一種類似的技術，其中光束發(fā)射器陣列沿面板的兩個邊緣放 置以建立交叉光束網(wǎng)格，交叉光束通過內(nèi)反射傳播穿過面板。光束探測器的相應陣列放置 在面板的相對邊緣。當對象觸摸面板的表面時，在觸摸點相交的光束將會衰減。在探測器 陣列上的衰減光束直接地識別對象的位置。這些已知的FIlR技術遭遇成本昂貴的問題，即因為它們需要使用大量的探測器， 以及可能需要大量的光源。此外，它們不容易擴展，原因在于探測器/源的所需數(shù)量隨面板 的表面面積顯著地增加。此外，面板的空間分辨率取決于探測器/源的數(shù)量。更進一步，用 于照亮面板的能量消耗可能會相當大并隨面板表面面積的增加而顯著地增加。發(fā)明概述本發(fā)明的目的是至少部分地克服以上所確定的現(xiàn)有技術的限制中的一個或多個。這個目的和將從下面說明出現(xiàn)的其他目的通過根據(jù)獨立權利要求的裝置、方法和 計算機程序產(chǎn)品至少部分地實現(xiàn)，其實施方式通過從屬權利要求定義。
本發(fā)明的第一方面是一種用于確定觸摸表面上至少一個對象的裝置，所述裝置包 括面板，其定義觸摸表面和相對表面；照明布置，其適于將輻射引入面板以通過內(nèi)反射在 觸摸表面和相對表面之間傳播，以便在傳感區(qū)域產(chǎn)生交叉的輻射路徑的網(wǎng)格；檢測布置，其 適于測量在所述輻射路徑中的透射能量；以及數(shù)據(jù)處理器，其連接到檢測布置并設置成基 于所測量的能量確定基于兩條或多條的輻射路徑的衰減的所述位置，所述兩條或多條的輻 射路徑的衰減通過對象觸摸在傳感區(qū)域中的觸摸表面引起；其中，所述照明布置被設置為 通過沿觸摸表面掃掠的至少一條輻射光束產(chǎn)生輻射路徑的至少一個子集；其中，所述檢測 布置包括固定的重定向設備，當所述至少一條光束沿所述觸摸表面掃描時，固定重定向設 備被設置為接收并重定向所述至少一條光束到公共檢測點上；以及其中，所述檢測布置還 包括輻射探測器，輻射探測器位于公共檢測點以測量所述至少一條光束的能量。在一個實施方式中，照明布置被設置為在傳感區(qū)域內(nèi)以實質(zhì)上不變的主方向掃掠 所述至少一條光束。在一個實施方式中，固定的重定向設備包括定義輸出焦平面的伸長的光學元件， 其中，照明布置被設置使得當光束在傳感區(qū)域內(nèi)掃掠時，該光束沿細長光學元件以實質(zhì)上 不變的入射角度掃掠，并且其中，輻射探測器被布置到所述輸出焦平面中。在一個實施中， 照明布置適于在傳感區(qū)域內(nèi)掃掠至少兩條分離的輻射光束，使得每條光束沿伸長的光學元 件以各自的入射角掃掠，并且檢測布置包括至少兩個輻射探測器，該至少兩個輻射探測器 被布置在所述輸出焦平面中分離的位置上以測量各自的光束的能量。在一個實施方式中，輻射探測器包括感光表面和用于增加輻射探測器的有效感光 面積的設備，所述設備被布置在重定向設備和感光表面的中間。在一個實施中，用于增加有 效感光面積的所述設備是漫射元件或聚光器。在一個實施方式中，重定向設備被布置為沿所述面板的邊緣部分延伸。在一個實施方式中，照明布置被設置注入至少在面板的平面中準直的光束。在一個實施方式中，照明布置和檢測布置被設置以在傳感區(qū)域的相對端上引入并 接收所述至少一條光束。在一個實施方式中，照明布置包括光束掃描設備、固定的光束定向設備以及耦合 元件，光束掃描設備被設置以繞轉軸掃掠輸入光束，固定的光束定向設備被設置以接收如 此掃掠的輸入光束并產(chǎn)生至少一條輸出光束，該至少一條輸出光束沿主方向平移同時具有 實質(zhì)上不變的主方向，耦合元件被連接到面板用于接收并注入所述至少一條輸出光束到面 板中，從而形成在傳感區(qū)域內(nèi)沿觸摸表面掃掠的所述至少一條光束。光束定向設備可包括 定義輸入焦平面的伸長的光學元件，其中，所述掃描軸線位于所述輸入焦平面中?？蛇x地或 另外地，光束掃描設備可被設置以沿伸長的光學元件掃掠至少兩條分離的輸入光束，每條 輸入光束繞所述輸入焦平面中分離的轉軸掃掠，從而引起伸長的光學元件產(chǎn)生具有分離的 主方向的輸出光束?？蛇x地或另外地，光束定向設備還可包括伸長的光柵結構，伸長的光柵 結構被布置為產(chǎn)生所述至少一條輸出光束作為具有預定角距的一組衍射光束。可選地或另 外地，光束定向設備可被布置以沿所述面板的邊緣部分延伸，并且主向可實質(zhì)上平行所述 面板的所述邊緣部分?？蛇x地或另外地，照明布置可包括板型輻射導向器和光束折疊系統(tǒng)， 如從觸摸表面看到的，板型輻射導向器被布置在面板的下方，光束折疊系統(tǒng)被布置以光學 地連接輻射導向器到面板，其中，輻射導向器可被設置以通過內(nèi)反射將所述至少一條輸出光束從光束定向設備引導到光束折疊系統(tǒng)。在一個實施方式中，照明布置被設置以使第一組彼此成銳角的光束沿第一主向掃 過面板，其中，所述第一組中的光束的最大的彼此銳角<30°，并且優(yōu)選地<20°。第一組 中的光束之一的主方向可與第一主向正交?？蛇x地或另外地，第一組中的每對光束可具有 唯一的彼此銳角?？蛇x地或另外地，照明布置可被設置使至少一條第二光束沿第二主向掃 過面板?？蛇x地或另外地，照明布置可被設置使第二組彼此成銳角的光束沿第二主向掃過 面板，其中，第二組中光束具有的最大的彼此銳角<30°，并且優(yōu)選地<20°。第一組可包括三條光束和/或第二組可包括三條光束。可選地或另外地，第二組 中光束之一的主方向可與第二主向正交?？蛇x地或另外地，第二組中的每對光束可具有唯 一的彼此銳角?？蛇x地或另外地，第一和第二主向可彼此正交。可選地或另外地，面板可以是矩 形，并且第一和第二主向可平行面板的相應的邊緣部分。本發(fā)明的第二方面是一種用于確定觸摸表面上至少一個對象的位置的裝備，所述 觸摸表面是面板的一部分，該面板限定觸摸表面和相對表面，所述裝備包括用于將輻射 引入所述面板中以通過內(nèi)反射在觸摸表面和相對表面之間傳播的裝置，以便在傳感區(qū)域中 產(chǎn)生交叉的輻射路徑的網(wǎng)格；用于測量所述輻射路徑中的透射能量的裝置；用于基于測量 能量識別通過對象觸摸所述觸摸表面衰減的至少兩條輻射路徑的裝置；以及用于基于衰減 輻射路徑確定對象的位置的裝置；其中，所述用于引入的裝置包括用于使至少一條輻射光 束沿觸摸表面掃掠的裝置；其中，所述用于測量的裝置包括固定的裝置，當所述至少一條光 束沿觸摸表面掃掠時，固定的裝置用于接收所述至少一條光束，以及用于重定向所述至少 一條光束到公共檢測點上，以及用于在所述公共檢測點測量所述至少一條光束的能量的裝 置。本發(fā)明的第三方面是一種確定觸摸表面上至少一個對象的位置的方法，所述觸摸 表面是面板的一部分，該面板限定觸摸表面和相對表面，所述方法包括下列步驟將輻射 引入所述面板中以通過內(nèi)反射在觸摸表面和相對表面之間傳播，以便在傳感區(qū)域中產(chǎn)生交 叉的輻射路徑的網(wǎng)格；測量所述輻射路徑中的透射能量；基于被測量的能量識別通過對象 觸摸所述觸摸表面衰減的至少兩條輻射路徑；以及基于衰減輻射路徑確定對象的位置；其 中，引入的步驟包括沿觸摸表面掃掠至少一條輻射光束；其中，測量的步驟包括當所述至少 一條光束沿所述觸摸表面掃掠時，通過固定的重定向設備接收所述至少一條光束，固定的 重定向設備重定向所述至少一條光束到公共檢測點上，并且在所述公共檢測點測量所述至 少一條光束的能量。本發(fā)明的第四方面是一種操作用于確定觸摸表面上至少一個對象的位置的裝備 的方法，所述觸摸表面是面板的一部分，該面板限定觸摸表面和相對表面，所述方法包括下 列步驟操作照明布置以將輻射引入面板中以通過內(nèi)反射在觸摸表面和相對表面之間傳 播，以便在傳感區(qū)域中產(chǎn)生交叉的輻射路徑的網(wǎng)格；操作檢測布置以測量所述輻射路徑中 的透射能量；以及基于透射能量確定基于兩條或多條的輻射路徑的衰減的所述位置，所述 兩條或多條的輻射路徑的衰減通過對象觸摸在傳感區(qū)域內(nèi)的觸摸表面引起；其中，操作照 明布置的步驟包括沿觸摸表面掃掠至少一條輻射光束的步驟，使得所述至少一條光束，在 通過傳感區(qū)域后，通過固定的重定向設備接收，固定的重定向設備重定向所述至少一條光束到公共檢測點上；以及其中，操作檢測布置的步驟包括通過位于公共檢測點的輻射探測 器測量所述至少一條光束的能量。本發(fā)明的第五方面是一種包括計算機代碼的計算機程序產(chǎn)品，當在數(shù)據(jù)處理系統(tǒng) 上執(zhí)行該計算機程序產(chǎn)品時，其適于施行第四方面的方法。第一方面的實施方式的任一種可與第二到第五方面結合。本發(fā)明的另外其他的目的、特征、方面和優(yōu)勢將出現(xiàn)在下面的詳細說明、所附權利 要求以及附圖中。附圖簡述參考附帶的示意圖，現(xiàn)將更詳細地描述本發(fā)明的實施方式。圖IA是觸摸感應系統(tǒng)的實施方式的俯視平面圖，并包括系統(tǒng)中產(chǎn)生的測量信號 圖；以及圖IB是圖IA中系統(tǒng)的剖視圖。圖2A和2B是觸摸感應系統(tǒng)的俯視平面圖以示出檢測布置的工作原理。圖3A-3C包含示出焦平面中兩條光束的主方向的重定向的平面視圖(右)，以及焦 平面中相應的空間能量分布圖(左)。圖4A-4B是使用光纖的檢測布置的平面視圖。圖5和6是使用可選的檢測布置的觸摸感應系統(tǒng)的平面視圖。圖7是具有兩個觸摸對象的圖IA的系統(tǒng)的俯視平面圖，以及相應的測量信號。圖8是信號寬度的圖形，所述信號寬度是作為沿具有散射表面的面板中光束的觸 摸位置的函數(shù)。圖9是另一實施方式的俯視平面圖。

圖10A-10C是又一實施方式的俯視平面圖，其中圖IOA示出光束掃掠，圖IOB示出 不同的感應部分的位置，以及圖IOC示出光束之間的彼此光束角度。圖IlA和IlB是又一實施方式的俯視平面視圖，其中圖IlA示出光束布置，以及圖 IlB示出不同的感應部分的位置。圖12A是導致雙ν型掃描光束布置的圖9中的實施方式的變化形式，圖12B是導 致雙ψ型掃描光束布置的圖11中的實施方式的變化形式，以及圖12C示出非對稱雙Ψ型 掃描光束布置。圖13示出具有彼此光束角度為6°、12°、20°和40°的雙ν型掃描光束布置的 實施方式中不同的感應部分的位置。圖14示出具有彼此光束角度為6°、12°、20°和40°的雙Ψ型掃描光束布置的 實施方式中不同的感應部分的位置。圖15Α是使用角光束掃描的實施方式的俯視平面圖；以及圖15B-15D是包含在圖 15Α的實施方式中的重定向元件的前視圖。圖16是觸摸感應系統(tǒng)的俯視平面圖以示出照明布置的工作原理。圖17示出圖16中照明布置的變化形式。圖18Α示出圖16中照明布置的另外的變化形式，以及圖18Β示出用于產(chǎn)生多個角 掃描光束的光束掃描器的例子。圖19A-19C是用于觸摸感應系統(tǒng)的照明布置的可選實施方式的俯視平面圖，以及 圖19D是圖19C中的系統(tǒng)的升高側視圖。
圖20A-20B是具有折疊光束路徑的實施方式的剖視圖。圖21A-21B是包括觸摸感應板下面的運輸板的實施方式的剖視圖。圖22是用于在觸摸感應系統(tǒng)中確定觸摸位置的示例性方法的流程圖。圖23是用于從單一掃掠光束產(chǎn)生一組不同主方向的光束的棱鏡結構中的再現(xiàn)棱 鏡元件(recurring prism element)的平面視圖。示例性實施方式的詳述通過描述根據(jù)本發(fā)明的總觸摸感應系統(tǒng)的實施方式，開始下面的說明，隨后的是 用于這樣的系統(tǒng)的檢測布置的不同實施方式。此后，給出與總系統(tǒng)相關的示例性實施細則， 并且討論多點觸摸檢測的方面。隨后，詳細討論了不同的光束掃掠及在這些掃掠期間光束 彼此的布置，并且描述了用于產(chǎn)生光束掃描的照明布置的不同實施方式。最后，給出用于在 系統(tǒng)中確定觸摸位置的示例性算法。在整個說明中，相同的參考標號用于識別相應的元件。本發(fā)明涉及用于確定觸摸輻射可透射面板表面的對象的位置的技術。包括這樣的 面板1的觸摸感應系統(tǒng)的實施例子被示出在圖IA的俯視平面視圖以及圖IB的剖視圖(沿 圖IA中的線1B-1B截取)中。面板1限定兩個相對且大致平行的表面2、3，并且面板1可 是平面的或彎曲的。面板1被設置以允許輻射通過內(nèi)反射在面板的兩個分界面之間形成的 輻射傳播通道中傳播，其中分界面(意指“觸摸表面”)的至少一個允許傳播輻射以便與觸 摸對象01互動。在這種互動中，輻射中的一部分可通過對象01散射，輻射中的一部分可通 過對象01吸收，以及輻射中的一部分可繼續(xù)傳播而不受影響。因此，當對象01觸摸面板1 的表面(例如，頂面幻時，透射輻射的能量被減少。通過從多個不同方向測量透射通過面 板1的輻射能量，例如通過三角測量，可檢測到觸摸對象的位置(“觸摸位置”)。如圖IA所示，輻射以若干非平行的光束Bi、B2的形式引入面板1中。每條光束 B1、B2通過例如在控制單元4的控制下的光束掃描器BS1、BS2，，掃掠或掃描過面板的觸摸 傳感區(qū)域。觸摸傳感區(qū)域(“傳感區(qū)域”)被限定為通過至少兩條光束掃掠的面板的表面 區(qū)域。正如將在下面進一步解釋的，當至少兩條非平行的光束B1、B2掃過面板時，如果觸摸 面板1的對象01影響所述至少兩條非平行的光束B1、B2，那么對象01的位置(即，觸摸位 置)可被確定。每條光束B1、B2在其掃掠方向R1、R2上優(yōu)選為窄的，而在該掃掠方向R1、 R2的垂直方向，即在面板的深度方向上寬。優(yōu)選地，每條光束Bl、B2實質(zhì)上沿掃掠方向，即 在面板的平面上是準直的，并且可沿或可不沿深度方向(即，垂直于面板的平面)準直。在 通過傳感區(qū)域后，光束B1、B2耦入面板1，并被定向到用于在光束掃掠期間測量光束能量的 各自的輻射探測器RD1、RD2上。在圖1的例子中，系統(tǒng)通過使光束掃描器BS1、BS2將一條光束Bl水平(X方向) 掃過面板1以及另一條光束B2垂直(Y方向)掃過面板1而工作。圖IA的底部和右邊部分 包含示出測量信號Si、S2的圖，測量信號Si、S2代表掃掠期間通過各自的探測器RD1、RD2 測量的光束B1、B2的能量。這些信號可在有關面板1的給定坐標系統(tǒng)中將所測量的能量指 示為關于時間、掃掠角度或X/Y位置的函數(shù)。如圖所示，觸摸對象01導致所測量的關于每 次掃描的光束能量的局部減少。探測器RD1、RD2連接到數(shù)據(jù)處理器8例如計算機，其從探 測器RD1、RD2得到測量信號S1、S2，并基于如此得到的信號，例如通過重構對應于信號局部 減少的輻射路徑以及通過識別這些輻射路徑的交叉所得到的信號計算對象01的位置。一般來說，數(shù)據(jù)處理器8被設置以基于有關每個感應實例的探測器的輸出信號確定觸摸面板的一個或多個對象的位置。當所有光束已經(jīng)掃過傳感區(qū)域一次時，形成感應實 例。該系統(tǒng)的時間分辨率由更新頻率確定，更新頻率是感應實例的頻率。例如，對于用于記 錄手跡所設計的系統(tǒng)，期望的是更新頻率至少為75Hz，而其他應用可能需要更低或更高的 時間分辨率。應當認識到，控制單元4和數(shù)據(jù)處理器8可在同一設備或者在物理分離的設備上 實現(xiàn)。此外，數(shù)據(jù)處理器8可以但非必須地連接到控制單元4，用于使測量信號的讀出與使 用照明布置的操作控制的觸摸確定處理同步。在所有的實施方式中，光束可在感應實例中順序掃過傳感區(qū)域?？蛇x地，多條光束 可在感應實例期間全部或部分地同時掃過傳感區(qū)域。優(yōu)選地，每束以連續(xù)的運動掃過傳感 區(qū)域。在大致的水平上，圖1中的系統(tǒng)包括照明布置，其將輻射引入面板以通過內(nèi)反射 在觸摸表面和相對表面之間傳播，以便在傳感區(qū)域中產(chǎn)生交叉的輻射路徑的網(wǎng)格。另外，在 大致的水平上，系統(tǒng)包括用于測量在輻射路徑中的透射能量的檢測布置，以及用于基于所 測量的能量，確定基于通過對象觸摸在傳感區(qū)域內(nèi)的觸摸表面引起的兩條或多條輻射路徑 的衰減的對象位置的數(shù)據(jù)處理器。在圖1的例子中，照明布置被設置為通過沿觸摸表面2掃掠輻射的光束Bi、B2在 面板內(nèi)部產(chǎn)生輻射路徑。掃掠期間傳感區(qū)域中光束的空間方向和位置由固定的光束定向設 備10AU0B確定，光束定向設備10AU0B被布置接收來自光束掃描器BSl、BS2的光束Bi、 B2，并輸出重定向的光束。將在下面進一步詳細討論光束定向設備10AU0B的設計。在圖1的例子中，檢測布置包括兩個固定的重定向設備12A、12B，該重定向設備 12A、12B中的每一個被設置為當光束B1、B2之一沿觸摸表面掃描時，接收并重定向該光束 到公共檢測點D1、D2。固定的輻射探測器RD1、RD2被定位，即位于或靠近公共檢測點Dl和 D2以在掃描期間測量光束的能量。通過使用光束掃描器BS1、BS2和輻射探測器RD1、RD2的組合，只需要少數(shù)輻射源 和探測器來檢測觸摸表面2上對象01的位置。此外，源/探測器的數(shù)量不依賴于面板1的 表面面積，并且因此觸摸感應系統(tǒng)很容易擴展。相較于使用整個面板的持續(xù)照明的現(xiàn)有技術，光束掃描器BS1、BS2的使用允許有 關給定信噪比的低功耗，原因在于一次只有面板1的一小部分被照明。此外，觸摸感應系統(tǒng)的空間分辨率由采樣率給定，采樣率即測量數(shù)據(jù)從每個探測 器RD1、RD2被采樣的速率。這意味著，如果足夠的輻射量被引入面板1，那么任何期望的分 辨率可被實現(xiàn)。此外，空間分辨率可在觸摸感應系統(tǒng)的操作期間變化，并且不同的空間分辨 率可在傳感區(qū)域的不同部分中實現(xiàn)。通過使用固定的重定向設備12A、12B和輻射探測器RD1、RD2的組合，重定向設備 12AU2B限定關于掃描光束Bi、B2之一的公共檢測點Dl、D2，輻射探測器RDl、RD2位于或 靠近公共檢測點D1、D2，每條光束B1、B2的透射能量可使用最少量的元件測量，并在檢測布 置中無需任何可移動的部件。雖然沒有示出在圖1中，但是光束B1、B2—般平移通過傳感區(qū)域，并具有掃描期間 實質(zhì)上不變的主方向。如果采樣率在掃描期間恒定的，這可能會給出在整個傳感區(qū)域產(chǎn)生 均勻的空間分辨率的優(yōu)勢。它也可使重定向設備12A、12B的設計更容易，如在下面將進一步解釋的。檢測布置現(xiàn)在將關于圖2-6進一步解釋并簡化舉例檢測布置大體上的結構和操作，特別是 重定向設備12A、12B。一般來說，重定向設備12A、12B是元件或元件組合，其限定面朝傳感區(qū)域的伸長 的正面。當光束Bi、B2在傳感區(qū)域掃掠時，光束Bi、B2還沿重定向設備12A、12B的正面的 至少一部分掃掠。為限制觸摸感應系統(tǒng)的覆蓋區(qū)，重定向設備12A、12B可被放置在面板1 的外圍部分的附近。由于魯棒性和安裝精度的緣故，重定向設備12A、12B可被安裝接觸這 樣的外圍部分。在一個實施方式中，重定向設備12A、12B是光學設備，其限定焦平面平行并遠離 光學設備的正面。因此，以同一入射角照射在正面上的射線都被定向到焦平面中的公共點。 具有不同入射角的射線被定向到焦平面中的不同點，并且垂直于正面的射線將被定向到光 學設備的焦點，即焦平面和光學設備的光軸交叉點。因此，應當認識到，掃掠期間通過沿這樣的光學設備掃掠具有實質(zhì)上不變的主方 向的光束，光束被重定向到公共檢測點。另外，光學設備可能會或可能不會被設置為也沿深 度方向(即，垂直于觸摸表面)聚集入射輻射。圖2A示出實施方式，其中光學重定向設備12B是透射并重定向入射輻射的透鏡設 備。透鏡設備可由衍射光學元件(DOE)、微光學元件、折射透鏡和其任何組合構成。在一個 目前優(yōu)選的實施方式中，透鏡設備是菲涅爾透鏡。圖2A顯示具有相等的入射角的三條射 線，其被定向到焦平面f-中的一點上，以及具有不同入射角的一條射線，其被定向到焦平 面中的其他地方。從以上可以理解，透鏡設備12B還作為關于布置在檢測點的探測器的角濾波器， 原因在于只有照射在受限角度范圍內(nèi)的透鏡設備12B的正面上的射線，才將被定向到探測 器。角度的范圍限定探測器的有效視角，并通過透鏡設備12B的設計(尤其是它的焦距，其 限定入射角的差異和焦平面中相應的檢測點之間的間距之間的關系)，以及探測器的感光 表面的大小被給定。因此，透鏡設備12B將限制探測器的有效視角，并且由此限制到達探測器的、不期 望出現(xiàn)的背景輻射量。例如，環(huán)境輻射或面板內(nèi)的散射輻射將只在有限程度下到達探測器。 例如，如下面將進一步討論的，當光束傳播通過面板時，面板中的不規(guī)則可光束散射，引起 光束作為到入射部位的距離的函數(shù)在面板的平面中被擴寬。探測器的小視角將限制對光束 主方向周圍的封閉區(qū)的檢測，從而提高在定位通過觸摸對象造成的能量減少時的精度。透鏡設備12B使分離地檢測在傳感區(qū)域下游的多于一條的光束的能量成為可能。 如以下將討論的，期望的是使兩條或多條上非平行光束沿同一方向掃過觸摸表面。這些具 有不同主方向的光束將通過透鏡設備12B重定向到不同的檢測點。圖2B示出這樣的實施 方式，其中兩條光束B1、B2沿透鏡設備1 掃掠。每條光束掃掠產(chǎn)生一組輻射路徑，其被定 向到各自的輻射探測器的RD1、RD2。因此，光束的能量能夠分離地測量，即便光束B1、B2同 時掃過透鏡設備12B。在可選實施方式中，圖!3B-3C中所示，一個探測器RDl被布置在焦平面中以測量多 于一條的光束B1、B2的能量。在這種實施方式中，如果探測器RDl的有效視角足夠大，那么所期望組的光束Bi、B2可被定向到探測器RDl的同一感光表面上。如果兩條或多條光束 B1、B2的能量通過一個探測器RDl測量，那么光束B1、B2適當?shù)仨樞驋哌^整個觸摸表面，使 得它們一次一個地照射到透鏡設備12B上。焦平面f。ut中的探測器RDl、RD2的放置應考慮的事實是，當光束Bi、B2達到透鏡 設備12B時，它們一般有伸長的光束輪廓，以及透鏡設備12B因此重定向光束到檢測區(qū)，而 不是焦平面f。ut中的檢測點。這種現(xiàn)象進一步示出在圖3中。圖3A的右側部分示出兩條 光束Bi、B2的主方向如何被重定向到焦平面f。ut中各自的檢測點上。圖3A的左側部分示 出焦平面中光束Bi、B2的能量分布，使用箭頭指示探測器的寬度和位置。如圖所示，由于 具有探測器RD1、RD2之間的足夠間隔，能夠分別測量每條光束B1、B2的能量。必須指出的 是，即使探測器RD1、RD2不被放置在每條光束輪廓的中心，即關于主方向的檢測點，光束能 量也可被測量。進一步可以理解的是，探測器RD1、RD2的感光表面區(qū)域可以進行優(yōu)化，以便 最大化所測量的總能量的量，同時最小化光束B1、B2之間的串擾。圖:3B對應圖3A，但示出 使用單一探測器RDl來測量兩條光束Bi、B2的能量。在這里，一個相對較小的探測器被布 置在關于主方向的檢測點之間。即便只有總光束能量的一部分，由于光束輪廓，探測器RDl 能夠測量兩條光束Bi、B2的能量。圖3C對應圖3A，但示出使用更大的探測器RDl來測量 兩條光束Bi、B2的能量。這種實施方式將增加光束能量的所檢測的部分，但探測器RDl所 增加的表面面積也可能導致噪聲檢測增加。可以理解的是，透鏡設備12B可被布置以重定向光束Bl、B2，即便光束的主方向在 掃掠期間變化也是如此。例如，光束主方向的變化可能由照明布置中的不準確引起，照明布 置例如是光束掃描器(圖1中的BS1、BS2)或光束定向元件(圖IA中的10A、10B)。一般 來說，無意的角度變化不超過士2°。適當?shù)?，檢測布置被設計具有超出預期變化的探測器 的視角。在一個變化形式中，照明布置可被設計成在掃掠期間故意改變一條或多條光束 Bi、B2的主方向，例如以在傳感區(qū)域的某些部位提供特定的觸摸感應的特性。只要沿透鏡 設備12B的主方向的預期變化已知，就有可能設計透鏡設備12B以重定向光束的主方向到 公共檢測點。然而，如果主方向在掃掠期間實質(zhì)上不變，特別是如果兩條或更條光束B1、B2 通過同一透鏡設備12B重定向，那么透鏡設備12B的設計被簡化。在可選實施方式中，光學重定向設備12A、12B是鏡設備，其通過反射重定向入射 輻射。鏡設備可由衍射光學元件(DOE)、微光學元件、鏡和其任何組合構成。這種鏡設備的 例子示出在圖19C-19D中。有關透鏡設備的上述討論同樣適用于這種鏡設備。在另一可選實施方式中，如圖4A所示，重定向設備12B包括一束光纖14，其在面板 的邊緣區(qū)域和輻射探測器RD2之間提供光通道。檢測布置的角度選擇性可通過光纖14的 接收端的數(shù)值孔徑(NA)，即面朝面板1的光纖端來控制。例如，為限制探測器RD2的有效視 角，接收端可被設計有小NA并且被安排垂直于光束B2的主方向。如果NA足夠大且光束順 序掃過面板1，那么圖4A的重定向設備12B還能夠被設計成使多于一條的光束定向到RDl 上。圖4B示出一種變化形式，其中三束分離的光纖被安排重定向具有不同掃描角度的三條 光束B1-B3到各自的探測器RD1-RD3。例如，不同束中光纖的接收端可具有小NA并被安排 垂直于各自的光束B1-B3的主方向。在所有上述實施方式中，光束的能量可由能夠?qū)⑤椛滢D換成電信號的任何類型的輻射探測器測量。在某些實施方式中，探測器可是只有一個輻射敏感元件的光電檢測器，其 可具有大檢測表面，導致低噪聲檢測。此外，與其他探測器相比，光電探測器目前較便宜。在 另一變化形式中，探測器通過一維或二維探測器如CMOS或CCD傳感器的多個輻射敏感元件 (像素)的適當組合形成。例如，在焦平面中具有多個探測器的實施方式中，每個探測器可 通過這樣的一維或二維傳感器的一個或多個像素形成，這樣的一維或兩維傳感器被安排在 重定向設備的焦平面中，并平行重定向設備的焦平面。在上述中，已假定每條光束的主方向在光束掃掠期間被重定向到單個的、非常小 的檢測點。然而，在商業(yè)的實現(xiàn)中，光學部件中(例如，光束掃描器BS1、BS2中或光束定向 設備10AU0B中)的公差可引起光束的主方向在掃掠期間變化。由于實踐的原因，重定向 設備12A、12B可通過假定主方向在掃掠期間不變而進行設計。設計與現(xiàn)實之間的這種不匹 配引起光束的主方向被重新引導到焦平面中標稱檢測點周圍的擴展檢測區(qū)域。這意味著， 焦平面中光束輪廓的位置(見圖幻將在掃掠期間變化。要認識到，所測量的能量然后依賴 于與標稱檢測點有關的探測器位置、探測器感光表面的大小、光束輪廓的寬度以及掃掠期 間光束輪廓位置的變化。為抑制噪聲，可能期望使用具有小感光表面的探測器。然而，由于 小感光表面，光束輪廓位置的變化可導致所測量的光束能量的顯著變化。雖然有可能彌補 這種變化，但是所測量的能量可能會太低而不允許用于可感應位置的確定。在圖5中，這個問題通過提供具有固定漫射元件或板16的探測器RDl來改善，漫 射元件或板16被布置在重定向設備12A和探測器RDl的感光表面17之間，優(yōu)選地在設備 12A的焦平面f。ut中。圖5示出掃掠期間的不同時間點上光束Bl的主方向。如圖所示，掃 描期間，主方向的變化引起光束Bl被定向到不同點。漫射元件16將在大立體角上發(fā)射且 散射入射的輻射(如虛線所示)。由此，入射輻射中的一小部分將通過感光表面17檢測，即 便感光表面17比漫射元件16上的檢測面積小也是如此。圖6是可選解決方案的平面視圖，其中探測器配備有固定的聚光器18(橫截面所 示)。聚光器18被放置在重定向設備12A和探測器RDl的感光表面17之間。與圖5—樣， 示出在掃描期間不同時間點上的光束Bl的主方向，并且掃描期間主方向的變化引起光束 Bl被定向到焦平面f。ut中的不同點。在圖6的例子中，聚光器18包括內(nèi)反射圓柱殼19，其 環(huán)繞感光表面17并與感光表面17對齊。殼19限定被布置接收重定向光束Bl的孔口，重 定向光束Bl隨后通過殼19內(nèi)部的一次或多次反射被定向到感光表面17上。與圖5中的 漫射元件16類似，聚光器18增加探測器RDl的有效感光面積。然而，聚光器18允許入射 光的更大部分被檢測。在一個實現(xiàn)中，殼19由塑料制成并具有反射材料的內(nèi)層。在一個特 定的實現(xiàn)中，聚光器18被設置為復合拋物面聚光器(CPC)。在又一變化形式(未示出)中， 圖6中的聚光器18通過廣角透鏡實現(xiàn)。示例性實現(xiàn)細節(jié)通常，面板由一層或多層的固體材料制成。輻射通過內(nèi)反射在觸摸表面和相對分 界面之間傳播。觸摸表面中的反射由全內(nèi)反射(TIR)引起，原因在于面板材料和周圍介質(zhì) (通常是空氣)之間的折射率的差異。相對分界面中的反射可通過TIR或通過被應用到相 對分界面的反射涂層引起。只要與觸摸表面法線成一定角度使輻射入射面板，該角度比面 板的入射部位處的臨界角大，全內(nèi)反射就能持續(xù)。正如技術人員眾所周知的，臨界角由在入 射部位接收輻射的材料及周圍材料的折射率決定。上述在觸摸對象和傳播輻射之間的相互作用過程可涉及所謂的受抑全內(nèi)反射(FTIR)，其中如果對象的折射率比面板表面材料周圍 的材料的高，并且對象放置在到觸摸表面少于幾個波長的距離中，那么能量從通過傳播輻 射形成的衰減波消散到對象中。一般來說，面板可由任何材料制成，該材料透射足夠輻射量 的、處在相關波長范圍中的輻射以允許透射能量的可感應測量。這種材料包括玻璃、聚(甲 基丙烯酸甲酯)(PMMA)和聚碳酸酯(PC)。面板可以是任何形狀，如圓形、橢圓形或包括矩形的多角形。面板通過圓周邊緣 部分限定，圓周邊緣部分可以是或可以不是垂直于面板的頂部表面和底部表面的。輻射可 直接通過邊緣部分耦合到面板中和耦出面板?？蛇x地，分離的耦合元件可連接到邊緣部分 或面板的頂部表面或底部表面以引導輻射進入或離開面板。這種耦合元件可具有楔的形狀 (參見下面的圖20-21)。如圖1所示，觸摸感應系統(tǒng)還可包括接口設備6，其在傳感區(qū)域的至少一部分內(nèi)提 供圖形用戶界面(GUI)。接口設備可是具有固定圖像的襯底的形式，其被布置在面板的上 方、下方或里面?？蛇x地，接口設備可以是被布置在系統(tǒng)下面或內(nèi)部的屏幕，或被布置在系 統(tǒng)下面或上方以在面板上投射圖像的投影機。這樣的接口設備可提供動態(tài)GUI，其類似于由 計算機屏幕提供的GUI。雖然沒有在圖中示出，但是防眩光表面/層可提供在面板表面的一個或兩個上。 防眩光表面/層的使用可有利于減少面板表面上外部照明的眩光。否則這種眩光可能損害 外部觀察者通過上述接口設備觀看在面板上提供的任何信息的能力。此外，當觸摸對象是 裸露的手指時，手指和面板之間的接觸通常在表面上留下指紋。在完全平坦的表面上，這樣 的指紋清晰可見，但這通常是不希望出現(xiàn)的。通過添加防眩光表面/層到表面，指紋的可見 度降低。此外，當使用防眩光時，手指和面板之間的摩擦力減小，從而改善用戶體驗。防眩 光由光澤度單位(GU)規(guī)定，其中較低GU值導致較少的眩光。在一個實施方式中，面板的觸 摸表面的⑶值為10-200，優(yōu)選地100-120。多點觸摸檢測根據(jù)本發(fā)明的實施方式，觸摸感應系統(tǒng)可被操作確定感應實例期間觸摸表面的多 個對象的位置。如上所述，輻射僅有一部分通過對象吸收/散射，而其余的輻射繼續(xù)沿光束 的主方向傳播。因此，如果兩個對象正好沿光束的主方向相互放置，那么光束的一部分將與 兩個對象相互作用。如果光束能量足夠，那么光束的其余部分將到達掃描探測器并產(chǎn)生允 許雙方的互動被識別的測量信號。圖7示出其中兩個對象01、02被同時放置(即，在同一 感應實例期間)在面板1的傳感區(qū)域內(nèi)的圖IA的系統(tǒng)，以及所產(chǎn)生的測量信號S1、S2。對 象01被歸因于信號Sl中的信號特征wl和hi以及信號S2中的信號特征w2和h2，而對象 02被歸因于信號Sl中的信號特征Wl和Hl以及信號S2中的信號特征W2和H2。信號特征 wl、w2、Wl、W2(寬度特征)依賴于對象01、02的外觀尺寸。信號特征hi、h2、HI、H2 (能量 特征)依賴于對象01、02的吸收/散射特性以及對象的尺寸。如果信號S1、S2允許數(shù)據(jù)處 理器8(圖1)來區(qū)分對象，那么傳感區(qū)域中的對象位置就能被確定。在具有可忽略的散射的系統(tǒng)中，通過對象01、02吸收的能量的比值與對象到探測 器的距離無關。這意味著，在探測器上所檢測到的透射信號將與光束掃描器、對象和掃描探 測器之間的距離無關，其中透射信號被定義為具有對象時的測量信號除以背景信號，所述 背景信號例如是沒有對象時的測量信號。兩個對象01、02在同一檢測線(參見圖7中的光束B2)上的透射信號等于只有一個對象01時的獨立透射信號與只有另一對象02時的獨立 透射信號的乘積。如果在相同的檢測線上存在兩個以上的對象，那么總透射信號是所有獨 立透射信號的乘積Τ =Π 1\。如果光束的其余部分到達探測器，這適用于任何檢測線上的 任意數(shù)量的對象。位置確定可通過對數(shù)運算簡化，原因在于總透射信號的對數(shù)隨后等于獨立透射信 號的對數(shù)的和=IogT=E IogTi0然而，對數(shù)不是必須使用的。如果散射存在于系統(tǒng)中，那么對象01、02的透射信號將依賴于沿光束主方向的對 象的位置。散射主要是由每次光束在一個或兩個分界面內(nèi)反射時光束被散射引起的。當光 束從入射部位行進通過面板時，散射引起光束在面板的平面中被擴寬。因此，對于具有散 射的每個內(nèi)反射，一些輻射從光束的主方向偏離，并且光束的中心隨距離增加泄漏(loose) 能量。另一影響是，來自被擴寬光束的散射輻射在觸摸對象后方重新進入該光束。這種影 響依賴于對象和探測器之間的距離。擴展和重新進入的復合影響產(chǎn)生在測量信號的信號寬 度(參見圖7中的wl和Wl)與在探測器和觸摸對象之間的距離之間的函數(shù)相關性。圖8 示出這樣的函數(shù)相關性的例子，即測量信號的寬度作為沿關于給定尺寸(寬度)的對象的 光束的位置的函數(shù)。顯然，通過函數(shù)相關性，測量信號(例如，S1、S》將包含附加的距離信 息。如果函數(shù)相關性已知或近似，那么測量信號中附加的距離信息可被用來促進和/或改 進位置確定。函數(shù)相關性的使用進一步描述在于2009年2月5日提交的第61/202，208號 美國臨時申請中，并且該申請于此通過引用被并入。如果防眩光表面/層提供在一個或兩個面板表面上，那么散射特別地明顯。防眩 光表面/層提供漫射結構，其可以增強關于每次內(nèi)反射的光束的散射，并且其還可引起輻 射通過關于每次內(nèi)反射的表面逃逸。因此，防眩光表面/層的提供通常隨到入射部位的距 離而增加光束的擴寬。這將引起上述透射信號依賴于如上述討論并且示出在圖8中的發(fā)射 器和對象之間的距離。示例性光束布置在下面，將參考圖9-14討論傳感區(qū)域內(nèi)光束的不同布置。由于這些圖重點在關于 面板的光束布置上，多數(shù)硬件部件已被省略?？梢岳斫獾氖?，被示出的系統(tǒng)能夠通過如上參 考圖1-7描述的、相同的或類似的元件組合實現(xiàn)。如下將進一步解釋的，面板內(nèi)的不同光束布置可向觸摸感應系統(tǒng)提供不同的特 征，例如關于檢測觸摸位置的精度、可在傳感區(qū)域內(nèi)檢測的觸摸位置的數(shù)量、系統(tǒng)的技術復 雜性、系統(tǒng)的覆蓋區(qū)、多點觸摸傳感區(qū)域?qū)τ诿姘宓目偙砻鎱^(qū)域的相對大小，等等。在被示出的光束布置中，可以理解的是，光束不在整個面板上物理相交。相反，當 每條光束已掃過面板時，輻射路徑和輻射路徑之間的交叉點可重構。此外，要理解的是，以下有關光束方向的討論涉及每條光束的主方向，其為從光束 入射部位在面板中延伸的直線對稱線，如面板的平面視圖所看到的。更進一步，在本申請的背景中，“掃描方向”指的是包括某一方向(R)及其相對方向 (-R)的主方向。在圖中，引入笛卡爾坐標系統(tǒng)，其中坐標軸X、Y平行矩形面板的側邊。這只是用于 說明的目的，并且觸摸位置可描繪在任何類型，如極性、橢圓形、拋物線等等的坐標系統(tǒng)中。在一個光束布置中，一條或多條光束不垂直于其掃掠方向。此外，對于兩條光束，掃描方向可能是相同的。圖9示出這樣的光束布置的例子，其中兩條非平行光束Bi、B2沿 相同的掃掠方向Rl平移通過傳感區(qū)域，每條光束的主方向限定到掃掠方向的法線N的各自 的角度α 、α 2。具有沿同一方向Rl掃過傳感區(qū)域的兩條非平行光束Bi、Β2的這種類型 的光束布置，在下面被記為“V型掃描”。在被示出的實施方式中，以及在所有其他實施方式 中，光束Bi、Β2可從傳感區(qū)域的相對側邊或在同一側邊上引入。在被示出的ν型掃描的實 施方式中，傳感區(qū)域(由陰影線表示)是面板1的表面區(qū)域的子集。觸摸感應系統(tǒng)檢測觸摸了在感應實例內(nèi)的觸摸傳感區(qū)域的多個對象位置的能力， 通過使兩條以上的光束掃掠傳感區(qū)域來改善。現(xiàn)將參考圖10-14描述使這種所謂的“多點 觸摸”功能成為可能的示例性實施方式。圖10A-10C示出一種實施方式，其中三條光束Β1-Β3掃過傳感區(qū)域。圖IOA示出 兩條非平行光束Bi、Β2沿第一掃掠方向Rl平移，以及第三光束Β3沿垂直于第一掃掠方向 的第二掃掠方向R2掃掠。在被示出的例子中，第一和第二掃掠方向Rl、R2平行面板的側邊。這已經(jīng)被發(fā)現(xiàn) 有利于系統(tǒng)的設計。例如，如上述所述，當光束沿光束定向元件掃掠時，伸長的光束定向元 件(例如，圖1中的10AU0B)可沿面板的側邊布置以限定面板中光束的主方向。因此，對 于由線性外圍部分(側邊/邊緣)定義的面板，通?？善谕氖?，每個掃掠方向?qū)嵸|(zhì)上平行 各自的外圍部分。在圖IOA中，光束Β1-Β3沿X方向形成ν型掃描，并沿Y方向形成單一掃描。在被 示出的例子中，光束Bi、Β2具有到掃掠方向的法線相等但相反的角度。沿Y方向掃描的光 束與其掃掠方向正交。因此，如圖IOB所示，面板的傳感區(qū)域包括若干第一子部分Ρ1，其 中每個交叉由兩條光束形成；以及中央第二子部分Ρ2，其中每個交叉由三條光束形成。在 一個具體實施方式
中，光束Β1-Β3在第二子部分Ρ2內(nèi)是實質(zhì)上等角的。這樣的光束布置使 光束之間的彼此角度最大化。至少在一些實現(xiàn)中，大的彼此角度可改進所檢測的觸摸位置 的精度。所謂“等角光束”是指，在每個交叉中，光束的主方向相等地在360°上分布。在這 個例子中，如圖IOC所示，光束交叉具有60°的彼此角度(α 1 = α2 = 30° )。雖然可期望的是光束在傳感區(qū)域內(nèi)等角，但是這樣的光束布置可能會將傳感區(qū)域 限制到面板的中央部分(參見子部分Ρ2)，而總面板表面的其余部分被浪費。因此，相對于 傳感區(qū)域的尺寸，觸摸感應系統(tǒng)的覆蓋區(qū)可能變得過大。然而，如上所述，即便不是等角配置，在中央部分的外部存在由兩條光束掃掠的子 部分(參見子部分Pi)。這些子部分也可提供觸摸靈敏度。然而，性能可能會在中央部分和 這些子部分之間有所不同，例如關于能夠在每個對象的位置確定中達到的精度，以及能夠 被識別的同時觸摸的數(shù)量。系統(tǒng)的整體性能可通過增加掃過面板的光束的數(shù)量來提高，但 是增加光束的數(shù)量也將增加通過不同數(shù)量的光束掃掠的子部分的數(shù)量。因此，性能上的差 異可能會在整個面板存在。此外，可期望的是避免超過大約6-10條光束掃過面板。當光束 的數(shù)量增加，成本、技術的復雜性和可能地系統(tǒng)的覆蓋區(qū)也增加。此外，由于處理系統(tǒng)的采 樣率通常在某價格點不變，增加光束的數(shù)量將減少每光束掃掠的樣本數(shù)量。也有可能的是， 關于每個樣本的所測得的信號水平隨光束數(shù)量增加而降低。圖11示出圖IOA中實施方式的變化形式，其中又一光束Β4另外地沿X方向掃掠。 在被示出的例子中，這條光束正交于其掃描方向R2，并且因此平行面板的一對相對的側邊，傳感區(qū)域從而擴展到整個面板1。如圖IlB所示，傳感區(qū)域包括兩個第一子部分P1，其中 每點由兩條光束掃描；和四個相鄰的第二子部分P2，其中每個交叉點由三條光束形成；以 及中央第三子部分P3，其中每個交叉點由四條光束形成。在這種實施方式中，等角光束通過 附加的光束B4補充，以擴大傳感區(qū)域的范圍。這種擴大通過使ν型掃描 1和似)和正交 光束(B4)的組合沿一個方向掃過面板來實現(xiàn)。在下面，這種光束組合被記為“ Ψ型掃描”。 還應當指出，通過比較圖IlB和圖10Β，由于所有子部分通過更大數(shù)量的光束來掃掠，面板 的整體性能已被提高。然而，在整個面板上仍可能有性能差異。圖12Α示出圖9中實施方式的變化形式，其中X和Y方向的每個通過兩條彼此非 平行的光束來掃掠，即ν型掃描，以及圖12Β示出圖11中實施方式的變化形式，其中X和Y 方向的每個通過兩條彼此非平行的光束和正交的光束來掃掠，即Ψ型掃描。圖13示出通過圖12Α中示出的雙ν型掃描配置中的四條光束掃掠的矩形面板上 的不同子部分的位置。具體來說，圖13顯示出當在每次ν型掃描中的光束之間建立不同的 彼此角度(即圖12Α中各自在光束Bl和Β2之間、光束Β3和Β4之間的角度)時，這些子部 分的范圍和位置如何變化。在彼此光束角度約為20°時(圖13(a))，面板的主要部分由四 條光束掃掠。因此，系統(tǒng)的性能在面板的大部分上是相同的。減少彼此的光束角度進一步 增加中央子部分的范圍并減小其他子部分的大小。在角度約為12° -15° (參見圖13(d)) 時，實質(zhì)上不存在由少于兩條的光束掃掠的子部分，因而整個面板是觸摸敏感的。在角度約 為2° -8° (參見圖13(b))時，整個面板可被認為是呈現(xiàn)實質(zhì)上一致的性能。雖然彼此角 度減小時系統(tǒng)的性能降低，但已發(fā)現(xiàn)能夠以從約2°直到約30°的彼此銳角實現(xiàn)適當?shù)男?能。圖14示出通過圖12Β中示出的雙Ψ型掃描配置中的六條光束掃掠的矩形面板上 的不同子部分的位置。圖14顯示出在每次Ψ型掃描中光束之間的最大彼此角度的影響 (即圖12Β中各自在光束Bl和Β2之間以及光束Β5和Β6之間的角度)。這些子部分的分 布和大小在圖14和圖13之間沒有什么不同。然而，對于雙Ψ型掃描，每個子部分由另外 的兩條光束掃掠，這用于提高系統(tǒng)的性能。例如，系統(tǒng)檢測多點觸摸的能力得到增強，并且 在彼此角度約為12° -15° (參見圖14(d))時，已實質(zhì)上不存在由少于四條光束掃掠的子 部分。一般來說，ν/Ψ型掃描涉及使至少一組互成銳角的光束沿給定的掃描方向掃過面 板，其中包括在組中的光束具有的最大彼此銳角為<30°，并且優(yōu)選為<20°。在ν型掃 描中，每組有兩條光束，并且在Ψ型掃描中，每組有三條光束。在Ψ型掃描中，這些光束之 一的主方向優(yōu)選地正交于掃掠方向。具有在正交于掃描方向的、Ψ型掃描中的中央光束一個好處是，至少如果面板為 矩形時，該中央光束將在整個面板上掃掠。相比雙ν型掃描，雙Ψ型掃描的兩條中央光束 可掃過整個面板，而這可能會導致在面板外圍處性能的顯著改進。使用ν型和Ψ型掃描的大致優(yōu)勢是，觸摸感應系統(tǒng)的合適性能能夠通過使僅少數(shù) 光束掃過面板來獲得。此外，ν型和Ψ型掃描者兩者都可通過空間高效的、簡單和魯棒的 組件組合實現(xiàn)，例如通過本文描述的照明和/或檢測布置。令人驚訝的發(fā)現(xiàn)，不對稱光束布置可允許關于給定數(shù)量光束的、更大數(shù)量的觸摸 位置的確定，和/或改進確定觸摸位置時的魯棒性。這種不對稱光束布置可通過布置至少三條光束得到，使得每對光束限定唯一的彼此銳角。例如，在形成Ψ型掃描的一組光束中 的每對光束可具有唯一的彼此銳角。在另一變化形式中，不對稱光束布置通過布置至少兩 條光束得到，使得它們具有到公共掃描方向的不同角度(例如，圖9中的α 興α2)。圖12C示出雙Ψ型掃描布置，其可通過在光束Β1-Β6之間選擇合適的彼此銳角而 不對稱。在圖12C的術語中，彼此銳角通過一組光束(Β1、Β2和Β4)中的α，β和(α+β) 以及通過另一組光束(Β3、Β5和Β6)中的Y，δ和(c+δ)來給出。因此，當α興β和/ 或γ興δ時，得到合適的不對稱光束布置。不對稱特性可通過選擇α興β興γ興δ 來進一步改進，并且通過選擇α乒β乒γ乒δ乒(α+β)乒(Υ + δ)更進一步地改進。 當α，β，Υ和δ被選擇使得定義在光束Β1-Β6之間的所有彼此銳角是唯一時，得到更加 不對稱的光束布置。在一個這樣的非限制性例子中，α = 6°，β = 8°，γ = 7°，δ = 5°。如果該面板是矩形，具有彼此相對的長側邊和短側邊，那么不對稱特性可能會被選擇 使得，該組正交于面板的長側邊掃掠的光束(Β3、Β5和Β6)的最大彼此銳角比另一組光束 (Β1、Β2和Β4)的小，S卩(γ + δ) < (α+β)。這樣的光束布置相比其他非對稱雙Ψ型掃描 布置，可增加面板的傳感區(qū)域。還應當指出，上述所描述的光束布置的任一種可以與不符合上述設計原則的任一 項的其他光束結合。例如，一組等角光束可與和該組等角光束不等角的一條或多條其他光 束相結合。它也可以結合上述描述的光束布置的任一種，例如ν型掃描和Ψ型掃描，具有 一個或多個ν型掃描或Ψ型掃描的等角光束等等。在又一可選實施方式中，光束成角度地掃過傳感區(qū)域并繞各自的轉軸(“角掃 描”)。圖15Α示出這樣的實施方式的例子，其中三個光束掃描器BS1-BS3沿面板1的一個 側邊布置以使各自的光束Β1-Β3入射面板1并使光束掃過傳感區(qū)域。重定向設備12A-12C 沿面板1的相對側邊放置，并被設置為當每條光束Β1-Β3掃過傳感區(qū)域時，將每條光束從面 板1定向到固定的檢測點D1-D3。適當?shù)?，光束B1-Β3僅傳播通過重定向設備12Α-12C和檢 測點D1-D3之間的傳感區(qū)域。在光束掃描器BS1-BS3和重定向設備12A-12C之間，光束在 傳感區(qū)域外透射，例如在面板的下方(例如在如下所述的透射板中)。與圖1類似，探測器 RD1-RD3被布置以在檢測點D1-D3中測量入射光束Β1-Β3的能量。圖15B-15D是圖15Α中重定向設備12A-12C的前視圖。設備12Α包括關于每條光 束Β1-Β3的一個專用重定向部分13A-13C，其中部分13Α被設計成使光束Bl重定向到檢測 點D1，部分1 被設計成使光束B2重定向到檢測點D2，以及部分13C被設計成使光束B3 重定向到檢測點D3。設備12B、12C包括被設置使光束B2、B3和Bi、B3分別重定向的相應 部分。重定向部分13A-13C沿面板1的邊緣延伸，并被布置在面板的深度方向上的不同高 度處。圖15A中的系統(tǒng)還包括耦合元件14A-14C，其被安排在面板1和重定向設備12A-12C 的中間，并被設置使光束B1-B3的每條定向到其相應部分13A-13C。重定向可通過將傾斜的 鏡正確地放置在沿邊緣的每個位置來實現(xiàn)。在實踐中，這能夠用專門模壓的塑料部件做到， 該塑料部件則通過將諸如金或鋁的反射涂層應用到塑料部件的一側轉換成多層面的鏡。如 果鏡的角度允許的話，還能夠使用塑料部件的表面本身作為IlR鏡。要理解的是，傳感區(qū)域 需要通過至少兩條光束掃掠，以允許觸摸對象的位置被確定，并且這種確定的精度可通過 增加光束的數(shù)量來提高。雖然使用角度掃描的觸摸感應系統(tǒng)可行，但是目前認為使用純光束平移的觸摸感應系統(tǒng)(如圖1-12中的那些)提供某些優(yōu)勢。舉例來說，使每條光束定向到公共檢測點所 需部件的復雜性可被降低。此外，使用純平移，掃描速度沿光束不變，這可有助于所產(chǎn)生的 測量信號S1、S2的分析。更進一步，使用角度掃描，觸摸接近光束掃描器的面板的對象將在 掃掠的主要部分期間與光束相互作用。這意味著，入射輻射的一部分將會在光束掃描的主 要部分上被吸收/散射，從而降低系統(tǒng)檢測觸摸面板的一個或多個另外的對象的位置的能 力。當每條光束以不變主方向平移通過傳感區(qū)域時，這種依賴距離的光束互動的缺點被克 服。有關不同光束布置的其他細節(jié)，以及用于生成光束布置的系統(tǒng)，在第61/1 ，372 號美國臨時申請和第61/129，373號美國臨時申請中給出，這兩個申請都于2008年6月23 日提交并且都在此通過引用并入。照明布置正如上面有關圖IA所討論的，照明布置可包括光束掃描器BS1、BS2，其產(chǎn)生光束 Bi、B2并使光束Bi、B2沿伸長的固定光束定向元件10A、IOB掃掠，光束定向元件10AU0B 被設計并被布置以在觸摸表面的平面中輸出具有所需主方向的光束。一般來說，光束定向設備10AU0B是元件或元件組合，其限定關于光束給定輸入 方向的光束輸出方向。為限制觸摸感應系統(tǒng)的覆蓋區(qū)，光束定向設備10AU0B可被放置在 面板1的外圍部分附近。由于魯棒性和安裝精度的原因，重定向設備可被安裝接觸這樣的 外圍部分。在一個實施方式中，光束定向設備10AU0B是光學設備，其限定的焦平面平行且 遠離光學設備的輸入側邊。因此，源自焦平面中的一點并照射在光學設備的輸入側邊上的 所有射線將沿相同的方向輸出。圖16示出這樣的照明布置，其中角掃描通過使光束圍繞位 于光束定向設備IOB的焦平面fin中的轉軸C2掃掠而產(chǎn)生。角掃描導致光束沿光束定向設 備IOB掃掠，光束定向設備IOB將角掃描轉換成沿平行于光束定向設備IOB的方向的光束 的線性平移。如圖所示，輸出光束的主方向和光束定向設備IOB的光軸之間的角度α由來 自光學設備IOB的焦點的轉軸C2的位移d給出(由焦平面fin和光學設備IOB的光軸之間 的交叉點給出)。在圖16的例子中，光學光束定向設備IOB是透鏡設備，其透射并重定向入射輻射。 透鏡設備可由衍射光學元件(DOE)、微光學元件、折射透鏡和其任何組合構成。在一個目前 優(yōu)選的實施方式中，透鏡設備是菲涅爾透鏡。圖16中的透鏡設備IOB能夠被用來使多條光束沿相同的掃掠方向掃過觸摸表面， 但該多條光束具有不同的主方向。這能夠通過在透鏡設備的焦平面中的不同位置布置多條 角掃描光束的轉軸來實現(xiàn)。這種實施方式示出在圖17中，其中三個光束掃描器BS1-BS3與 其焦平面fin中的轉軸C1-C3 —起布置。圖17示出當每條光束B1-B3沿透鏡設備IOB掃掠 時，三個時間點上的每條光束B1-B3表明掃掠期間每條光束的主方向不變。圖17還示出光 束B1-B3的每條通過檢測布置接收并重定向到各自的探測器RD1-RD3，如上述所述。要理解 的是，圖17中的照明布置可以是空間高效的、簡單的、的和易于組裝的，同時在光束之間提 供明確限定的彼此角度。另外，如果需要的話，允許光束B1-B3同時掃過傳感區(qū)域。圖18A示出可選實施方式，其中單一光束掃描器BS2被設置為繞相應標號的虛擬 轉軸C1、C2產(chǎn)生兩個角掃描。與圖17的實施方式類似，轉軸C1、C2被布置在透鏡設備IOB的焦平面fin中，因而角掃描被轉換為具有明確限定的彼此角度的兩條非平行光束B1、B2的 線性平移。圖18B示出用于產(chǎn)生兩個虛擬轉軸C1、C2的這種光束掃描器BS2的實施方式。固 定發(fā)射器20被操作發(fā)射到達旋轉鏡21的光束。當鏡21沿箭頭方向繞其轉軸轉動時，光束 首先偏轉到鏡22上并沿鏡22掃掠，鏡22反射光束仿佛光束繞虛擬轉軸Cl掃描，并且然后 光束偏轉到鏡23上并沿鏡23掃掠，鏡23反射光束仿佛光束繞虛擬轉軸C2掃掠。圖19A示出用于產(chǎn)生一組光束B1-B3的線性平移的照明布置的可選或補充配置， 光束B1-B3具有明確限定的彼此角度。在圖19A的實施方式中，角掃描繞位于透鏡設備IOB 的焦平面中的轉軸C2產(chǎn)生。適當?shù)鼐哂袑嵸|(zhì)上不變的主方向的、透鏡設備IOB的輸出光束， 其由透射光柵25接收，該光柵25產(chǎn)生零階光束B2以及在零階光束側邊上的一階光束Bi、 B3。雖然光柵沒有在圖上示出，但是光柵也可被設計產(chǎn)生更高階光束。不同光束B1-B3之 間的彼此角度通過光柵25的特性決定，根據(jù)已知的光柵方程ds · (sin θ m+sin θ》=m · λ，其中ds是光柵中衍射元件的間距，θ i是照射在光柵上的光束的入射角，m是階數(shù)， λ是輻射的波長，以及θ m是每條m階光束和光柵的法線方向之間的角度。這個光柵方程 大致適用于所有類型的光柵。圖19B示出圖19A的系統(tǒng)中掃掠期間三個不同的時間點上所產(chǎn)生的光束B1-B3 的主方向。圖19B還示出，光束B1-B3的每條由檢測布置接收并重定向到各自的探測器 RD1-RD3，如上述所述。光柵25與透鏡設備IOB結合使用，在提供具有空間高效的、簡便的、穩(wěn)固的和易于 組裝的潛力同時在光束之間提供明確限定的彼此角度的照明布置。另外，如果需要的話，允 許光束B1-B3同時掃過傳感區(qū)域。要理解的是，另外的光束方向可通過提供多于一個的角 掃描，并將角掃描的轉軸布置在光束定向設備IOB的焦平面fin中來產(chǎn)生，例如圖16-18所
7J\ ο在被示出的實施方式中，光柵25被布置在透鏡設備IOB的下游。這將引起光柵25 被具有實質(zhì)上不變的主方向的光束掃掠，使得該組通過光柵25產(chǎn)生的光束B1-B3也在傳感 區(qū)域內(nèi)掃掠，該組光束B1-B3也具有實質(zhì)上不變的主方向。然而，如果檢測布置被設置為在 掃掠期間接受光束B1-B3的主方向的更大變化，那么光柵25可以可選地被布置在透鏡設備 IOB的上游。作為透射光柵的可選方案，可以使用反射光柵。作為光柵的可選方案或補充方案，透鏡設備IOB本身可被設置為基于單一輸入光 束產(chǎn)生具有明確限定的彼此角度的一組輸出光束。這樣的透鏡設備IOB可包括一組伸長的 透鏡段(未示出)，其沿深度方向布置在彼此的頂部上，其中每個透鏡段被布置以當通過至 少與透鏡設備IOB的寬度相同的輸入光束沿深度方向掃掠時，每個透鏡片段產(chǎn)生沿唯一的 方向的輸出光束。在一個實現(xiàn)中，不同透鏡段的焦點可位于輸入焦平面fin中的不同位置 處。例如，透鏡段可全部由基礎透鏡段設計，基礎透鏡段沿其縱向方向移位形成透鏡設備 IOB的不同段。代替被布置在彼此頂部上，透鏡段可相互疊加在光束定向設備IOB中。作為光柵的又一可選方案或補充方案，伸長的棱鏡結構可被安排在透鏡設備IOB 和面板邊緣/耦合元件的中間，其中棱鏡結構包括沿縱向方向的中繼(r印eating)棱鏡元件。圖23示出這樣的棱鏡元件沈的例子，棱鏡元件沈具有五個不同傾斜的平面棱鏡表面 27，從而當輸入光束沿棱鏡結構掃掠(沿方向Rl)時，輸入光束沿五個不同的方向定向。在 被示出的例子中，棱鏡元件26被形成為周圍材料28中的壓痕(indentation)?？蛇x地，棱 鏡元件26可被形成為來自周圍材料觀的凸出物(projection)。棱鏡結構可配置為分離的 部件，或其可被整合到面板邊緣或耦合元件中。要指出的是，在所有上述照明布置中，透鏡設備IOB可由通過反射重定向入射輻 射的固定鏡設備取代。鏡設備可由衍射光學元件(DOE)、微光學元件、鏡和其任何組合構成。 與透射光柵25相結合的這樣的鏡設備IOB的例子如圖19C-19D所示，其中角掃描繞位于鏡 設備IOB的焦平面fin中的轉軸C2產(chǎn)生。有關透鏡設備的上述討論同樣適用于這樣的鏡設備。要理解的是，上述光柵25可與光束定向設備IOB結合，無論該光束定向設備IOB 是透鏡設備或鏡設備。另外，在本文所描述的所有照明布置中，光束掃描器可是任何已知的類型和配置， 并可工作在任何合適的波長范圍中，例如在紅外或可見光的波長區(qū)域中。所有光束可被產(chǎn) 生具有相同的波長?？蛇x地，不同光束可被產(chǎn)生具有在不同波長范圍中的輻射，允許基于波 長在光束之間進行分化。此外，光束掃描器能夠輸出連續(xù)或脈沖輻射。光束能夠通過一個 或多個輻射源產(chǎn)生，輻射源能夠為能夠發(fā)射期望的波長范圍內(nèi)的輻射的任何類型的設備， 例如，二極管激光器、VCSEL(垂直腔面發(fā)射激光器)、或者可選地LED (發(fā)光二極管)、白熾 燈、鹵素燈，等等。優(yōu)選地，照明布置被設置使得當光束入射面板時，光束基本上在面板的平 面中為準直的。這將使到達傳感區(qū)域的相對端的輻射探測器的輻射量最大化。在到目前為止被示出的實施方式中，光束掃描器和/或探測器放置在面板周長以 外。例如如果觸摸感應系統(tǒng)要與上述接口設備如顯示設備，例如LCD (液晶顯示器)、等離子 顯示屏、OLED(有機發(fā)光二極管)顯示屏或類似物結合時，這可能是不可取的。如果觸摸感 應系統(tǒng)的部件被安排遠離顯示器的周長，那么整個系統(tǒng)的表面面積可能會非所期地變大。圖20A是具有折疊光束路徑的實施方式的剖視圖，從而如果有該折疊光束路徑的 話，允許光束掃描器和探測器放置在面板和接口設備的下方。被圖出的觸摸感應系統(tǒng)包括 兩個折疊系統(tǒng)，其被布置在面板1的相對側邊上。在圖20A的系統(tǒng)中，光束從發(fā)射器20發(fā) 射，到達旋轉鏡21，旋轉鏡21向第一折疊系統(tǒng)反射光束。在進入第一折疊系統(tǒng)后，光束首先 在固定鏡30中反射并隨后在固定鏡31中反射，據(jù)此光束被折疊進入到面板的平面中。折 疊光束然后通過光束定向透鏡設備IOB并通過耦合元件32進入面板，耦合元件32可附著 到面板1，例如用光學透明膠或任何其他類型的合適的粘合劑。光束通過IlR傳播穿過面板 并通過耦合元件32離開面板。此后，光束進入第二折疊系統(tǒng)，其中光束通過重定向設備12B 并在固定鏡33、34中反射，使得光束再次被折疊到面板1的下方。此后光束離開第二折疊 系統(tǒng)并由輻射探測器RD2接收。圖20B是圖20A中系統(tǒng)的變化形式，其中使用鏡設備替代透鏡設備，用于控制傳感 區(qū)域中光束B2的主方向并用于使光束定向到探測器RD2上。因此，輸入端上第一折疊系統(tǒng) 中的一個或兩個固定鏡30、31可被設置為實施照明布置的光束定向功能，以及輸出端上第 二折疊系統(tǒng)中一個或兩個固定鏡33、34可被設置來實現(xiàn)檢測布置的重定向功能。雖然沒有在圖上示出，但是應當理解，圖20A和20B中的折疊系統(tǒng)的其他組合是可想到的。在所有的實施方式中，觸摸感應系統(tǒng)可包括運輸設備(transportationdevice)， 其被布置在面板的下面以限定光束掃描器和面板上光束入射部位之間的照明布置中的受 限運輸通道(confined transportation channel)，和/或面板上光束耦出部位和掃描探測 器之間的檢測布置中的受限運輸通道。這種運輸設備的使用使得在面板的一個側邊或幾個 側邊處聚集大部分部件成為可能。優(yōu)選地，運輸設備沒有防眩光結構，以便使運輸設備內(nèi)部 輻射的散射最小化。另外，如果面板配備有防眩光結構，優(yōu)選在照明布置中，而不是在檢測 布置中包括運輸設備，因為這將使探測器處光束輪廓的寬度最小化。圖21A和21B示出圖20A中的實施方式的變化形式，其中運輸設備以運輸板35的 形式并入，運輸板35可由與面板相同的材料或任何其他可充分透射輻射的材料或材料組 合制成。運輸板35適當?shù)鼐哂性试S上述光束在面板內(nèi)掃描的范圍，并可具有與面板實質(zhì)上 相同的大小。在圖21A中，運輸板35與面板1間隔，例如以容納放置在面板1和板35之間 的接口設備6。在圖21B中，板35被放置接觸面板1，或可被形成為面板1中的集成層。在 這兩個實施例中，觸摸感應系統(tǒng)包括遠端折疊系統(tǒng)36，其使光束從運輸板35定向進入面板 1。在圖21的例子中，光束定向設備10B包括在遠端折疊系統(tǒng)36中。這將使光束定向設備 10B和重定向設備12B之間的距離最小化，這可減少光束定向設備10B或光束掃描器BS2中 的不精確對重定向設備12B的能力的影響，使光束B2被正確地定向到探測器RD2上。它也 可降低系統(tǒng)的覆蓋區(qū)。一般來說，使用運輸板35可供應觸摸感應系統(tǒng)，其簡單、緊湊、魯棒和便于組裝。 光束可通過全內(nèi)反射，和/或通過覆蓋有一層或多層反射層的板被約束在板內(nèi)。在可選實 施方式(未示出)中，觸摸感應系統(tǒng)可包含多于一個的運輸設備。例如，個別光束可在分離 的運輸設備中被引導，或者系統(tǒng)可包括用于將光束引導至面板的一個或多個運輸設備和用 于從面板引導光束的一個或多個運輸設備。可以可選地使用其他類型的運輸設備，如光纖。觸摸位置的確定在所有上述的實施方式、配置、布置、可選方案和變化形式中，數(shù)據(jù)處理器(圖IA 中的8)可被設置為基于從輻射探測器導出(derived from)的測量信號計算觸摸位置。技 術人員將容易地認識到存在用于確定觸摸位置的多種方法。圖19是一個這樣的示例性方 法的流程圖。在步驟60中，測量信號從系統(tǒng)中的探測器獲得。每個測量信號代表來自感應實例 期間k個不同角度、以N個時間間隔采樣的數(shù)據(jù)。在步驟62中，測量信號被預處理。例如，測量信號可以被處理使用標準濾波技術 例如低通濾波、中濾波器、傅立葉平面濾波器，等等進行降噪。此外，如果所發(fā)射的光束的能 量在系統(tǒng)中被測量，那么測量信號可以補償光束掃描器中的瞬時能量波動。此外，測量信號 可包含來自感興趣區(qū)域之外，例如面板的傳感區(qū)域之外的傳感器讀數(shù)。因此，測量信號可以 通過提取其相關部位進行預處理?？善谕氖窃跍y量信號中添加一個或多個觸發(fā)點來改進 /促進相關數(shù)據(jù)的提取。這樣的觸發(fā)點可指示光束掃掠的開始或者停止。此外，測量信號可 以被整流，即被轉換為具有在面板坐標系統(tǒng)中等距抽樣距離。這樣的整流可包括用非線性 角變量插入每個測量信號，這產(chǎn)生帶有在面板上均勻分布的樣本的數(shù)據(jù)集。整流是可選的， 但可簡化后續(xù)的觸摸位置的計算。
在步驟64中，通過將測量信號與背景信號分開，進行關于每個預處理測量信號的 透射信號的計算。背景信號可以是或可以不是每個探測器或每個測量信號所獨有的。背景 信號是可被預先設定的，是在分離的校準步驟期間導出的，或是從在一個或多個先前迭代 期間獲得的采集信號導出的?？蛇x地，透射信號的計算可包括計算測量信號和背景信號之 間的比值的對數(shù)。在步驟66中，觸摸位置基于透射信號確定。如本文所述的觸摸感應系統(tǒng)可使用已 知的算法建模，所述算法被開發(fā)用于具有并行掃描幾何形狀或扇形光束幾何形狀的透射層 析成像。因此，觸摸位置可使用任何可用的圖像重建算法，特別是例如在層析成像領域使用 的多視角算法，來重建。如果系統(tǒng)涉及散射，那么重建也適當?shù)乜紤]信號寬度和沿面板的位 置之間的函數(shù)相關性(參見圖8)。步驟66中觸摸位置的確定可因此包括識別透射信號中的峰值，同時可能也分隔 相鄰/重疊的峰值(參見圖7)；重建對應于所識別的峰值的光束，并識別傳感區(qū)域中被重 建光束之間的候選交叉點；計算在透射信號中每個被識別峰值下的(對數(shù))積分區(qū)域的面 積值指示，并建立將候選交叉點聯(lián)系到面積值的方程組；以及隨后使用例如線性編程來從 候選組中識別最有可能的觸摸組。步驟66的準確性和/或計算速度可通過使用關于觸摸 位置的先驗知識來提高，例如使用有關在先前的感應實例期間識別的觸摸位置的信息來提 尚ο舉一個簡單的例子，基于圖7的測量信號，信號Sl中的峰值可產(chǎn)生對數(shù)區(qū)域al，a2 和信號S2中的峰值可產(chǎn)生對數(shù)區(qū)域a3。光束重建可產(chǎn)生兩個交叉點pl，p2，給出方程組
pi 二 al
權利要求
1.一種用于確定觸摸表面上的至少一個對象的位置的裝備，所述裝備包括面板(1)，其限定所述觸摸表面( 和相對表面(3)；照明布置，其適于將輻射引入所述面板(1)，以通過內(nèi)反射在所述觸摸表面( 和所述 相對表面( 之間傳播，以便在傳感區(qū)域產(chǎn)生交叉的輻射路徑的網(wǎng)格；檢測布置，其適于測量所述輻射路徑中的透射能量；以及數(shù)據(jù)處理器(8)，其連接到所述檢測布置，并設置成以所測量的能量為基礎，基于兩條 或多條輻射路徑的衰減來確定所述位置，所述兩條或多條輻射路徑的衰減通過所述對象觸 摸在所述傳感區(qū)域內(nèi)的所述觸摸表面( 引起；其中，所述照明布置被設置為通過沿所述觸摸表面掃掠至少一條輻射光束(B1-B6)來 產(chǎn)生所述輻射路徑的至少一個子集；其中，所述檢測布置包括固定的重定向設備(12A、12B)，所述固定的重定向設備被設置 為當所述至少一條光束(B1-B6)沿所述觸摸表面掃掠時，接收并重定向所述至少一條光束 (B1-B6)到公共檢測點(D1、D2)上；以及其中，所述檢測布置還包括輻射探測器(RD1、RD》，所述輻射探測器位于所述公共檢測 點(D1、D2)以測量所述至少一條光束(B1-B6)的能量。
2.如權利要求1所述的裝備，其中，所述照明布置被設置為在所述傳感區(qū)域內(nèi)以實質(zhì) 上不變的主方向掃掠所述至少一條光束(B1-B6)。
3.如權利要求1或2所述的裝備，其中，所述固定的重定向設備包括限定輸出焦平 面(f。ut)的伸長的光學元件(12A，12B)，其中，所述照明布置被設置為使得當所述光束 (B1-B6)在所述傳感區(qū)域內(nèi)掃掠時，所述光束(B1-B6)沿所述伸長的光學元件以實質(zhì)上不 變的入射角度掃掠，并且其中，所述輻射探測器(RD1、RD》被布置在所述輸出焦平面(fout) 中。
4.如權利要求3所述的裝備，其中，所述照明布置適于在所述傳感區(qū)域內(nèi)掃掠至少兩 條分離的輻射光束(B1-B6)，使得每條光束(B1-B6)沿所述伸長的光學元件(12A，12B)以各 自的入射角掃掠，并且其中，所述檢測布置包括至少兩個輻射探測器(RD1、RD2)，所述至少 兩個輻射探測器(RD1、RD》被布置在分離的位置以測量所述各自的光束(B1-B6)的能量。
5.如任一項前述的權利要求所述的裝備，其中，所述輻射探測器(RD1、RD》包括感光 表面(17)和用于增加所述輻射探測器(RD1、RD》的有效感光面積的設備(16、19)，所述設 備(16、19)被布置在所述重定向設備(12A、12B)和所述感光表面(17)的中間。
6.如權利要求5所述的裝備，其中，用于增加所述有效感光面積的所述設備(16、19)包 括漫射元件(16)和聚光器(19)之一。
7.如任一項前述的權利要求所述的裝備，其中，所述重定向設備(12A，12B)被布置為 沿所述面板(1)的邊緣部分延伸。
8.如任一項前述的權利要求所述的裝備，其中，所述照明布置被設置注入至少在所述 面板(1)的平面中準直的光束。
9.如任一項前述的權利要求所述的裝備，其中，所述照明布置和所述檢測布置被設置 為在所述傳感區(qū)域的相對端上引入并接收所述至少一條光束(B1-B6)。
10.如任一項前述的權利要求所述的裝備，其中，所述照明布置包括光束掃描設備 (BS1、BS2)、固定的光束定向設備(10AU0B)以及耦合元件(32)，所述光束掃描設備(BS1、BS2)被設置為繞轉軸掃掠輸入光束，所述固定光束定向設備(10AU0B)被設置為接收所述 如此掃描的輸入光束并產(chǎn)生至少一條輸出光束，所述至少一條輸出光束以主向(R1、R2)平 移同時具有實質(zhì)上不變的主方向，所述耦合元件(3 被連接到所述面板(1)用于接收所述 至少一條輸出光束并注入所述至少一條輸出光束到所述面板(1)中，從而形成在所述傳感 區(qū)域內(nèi)沿所述觸摸表面( 掃掠的所述至少一條光束(B1-B6)。
11.如權利要求10所述的裝備，其中，所述光束定向設備包括限定輸入焦平面(fin)的 伸長的光學元件(10A、10B)，其中，所述掃描軸線位于所述輸入焦平面(fin)中。
12.如權利要求10或11所述的裝備，其中，所述光束掃描設備(BS1、BS》被設置為沿 所述伸長的光學元件(10AU0B)掃掠至少兩條分離的輸入光束，每條輸入光束繞所述輸入 焦平面(fin)中分離的轉軸掃掠，從而使得所述伸長的光學元件(10AU0B)產(chǎn)生具有分離的 主方向的輸出光束。
13.如權利要求10、11或12所述的裝備，其中，所述光束定向設備(10AU0B)還包括伸 長的光柵結構(25)，所述伸長的光柵結構05)被布置為產(chǎn)生所述至少一條輸出光束作為 具有預定角距的一組衍射光束。
14.如權利要求10-13中任一項所述的裝備，其中，所述光束定向設備(10A，10B)被安 排為沿所述面板(1)的邊緣部分延伸。
15.如權利要求14所述的裝備，其中，所述主向(Rl，R2)實質(zhì)上平行于所述面板的所 述邊緣部分。
16.如權利要求10-15中任一項所述的裝備，其中，所述照明布置包括板型輻射導向器 (35)和光束折疊系統(tǒng)(36)，從所述觸摸表面( 看時，所述板型輻射導向器(3 被布置在 所述面板(1)的下方，所述光束折疊系統(tǒng)(36)被布置為光學地連接所述輻射導向器(35) 到所述面板(1)，其中，所述輻射導向器(3 被設置為通過內(nèi)反射將所述至少一條輸出光 束從所述光束定向設備(10AU0B)引導到所述光束折疊系統(tǒng)(36)。
17.如任一項前述的權利要求所述的裝備，其中，所述照明布置被設置為使第一組彼此 成銳角的光束(B1、B2、B4)沿第一主向(Rl)掃過所述面板(1)，其中，所述第一組中的所述 光束(B1、B2、B4)的最大的彼此銳角彡30°，并且優(yōu)選地彡20°。
18.如權利要求17所述的裝備，其中，所述第一組中的所述光束中的一條光束(B4)的 所述主方向與所述第一主向(Rl)正交。
19.如權利要求17或18所述的裝備，其中，所述第一組中的每對光束(B1、B2、B4)具 有唯一的彼此銳角。
20.如權利要求17-19中任一項所述的裝備，其中，所述照明布置被設置為使至少一條 第二光束(B3、B5、B6)沿第二主向(R2)掃過所述面板(1)。
21.如權利要求17-19中任一項所述的裝備，其中，所述照明布置被設置為使第二組彼 此成銳角的光束(B3、B5、B6)沿第二主向(似)掃過所述面板(1)，其中，所述第二組中的所 述光束(B3、B5、B6)具有的最大的彼此銳角彡30°，并且優(yōu)選地彡20°。
22.如權利要求21所述的裝備，其中，所述第一組包括三條光束(B1、B2、B4)和/或所 述第二組包括三條光束(B3、B5、B6)。
23.如權利要求21或22所述的裝備，其中，所述第二組中的所述光束中的一條光束 (B6)的所述主方向與所述第二主向(R2)正交。
24.如權利要求21-23中任一項所述的裝備，其中，所述第二組中的每對光束(B1、B2、 B4)具有唯一的彼此銳角。
25.如權利要求20-24中任一項所述的裝備，其中，所述第一主向和第二主向(R1、R2) 彼此正交。
26.如權利要求20-25中任一項所述的裝備，其中，所述面板(1)是矩形，并且所述第一 主向和第二主向(R1、M)平行于所述面板(1)的相應的邊緣部分。
27.一種用于確定觸摸表面( 上的至少一個對象的位置的裝備，所述觸摸表面(2)是 面板(1)的一部分，所述面板限定所述觸摸表面( 和相對表面(3)，所述裝備包括裝置(BS1、BS2、10A、10B、32)，其用于將輻射引入所述面板(1)中，以通過內(nèi)反射在所 述觸摸表面( 和所述相對表面( 之間傳播，以便在傳感區(qū)域中產(chǎn)生交叉的輻射路徑的 網(wǎng)格；裝置(12A，12B, RDl, RD》，其用于測量所述輻射路徑中的透射能量；裝置(8)，其用于基于所測量的能量來識別由對象觸摸所述觸摸表面( 而衰減的至 少兩條輻射路徑；以及裝置(8)，其用于基于所述衰減的輻射路徑確定所述對象的位置；其中，用于引入的所述裝置(BS1、BS2、10A、10B、32)包括用于使至少一條輻射光束 (B1-B6)沿所述觸摸表面(2)掃掠的裝置(BSU BS2)；其中，用于測量的所述裝置(12A、12B、RDU RD2)包括固定的裝置(12A、12B)和裝置 (RD1，RD2)，所述固定的裝置(12A、12B)用于當所述至少一條光束(B1-B6)沿所述觸摸表面 (2)掃掠時，接收所述至少一條光束(B1-B6)，以及用于重定向所述至少一條光束(B1-B6) 到公共檢測點(D1、D2)，所述裝置(RD1、RD2)用于在所述公共檢測點(D1、D2)測量所述至 少一條光束(B1-B6)的能量。
28.一種確定觸摸表面( 上的至少一個對象的位置的方法，所述觸摸表面( 是面板 (1)的一部分，所述面板限定所述觸摸表面( 和相對表面(3)，所述方法包括下列步驟將輻射引入所述面板(1)中以通過內(nèi)反射在所述觸摸表面( 和所述相對表面(3)之 間傳播，以便在傳感區(qū)域中產(chǎn)生交叉的輻射路徑的網(wǎng)格；測量所述輻射路徑中的透射能量；基于所測量的能量識別由對象觸摸所述觸摸表面( 而衰減的至少兩條輻射路徑；以及基于所述衰減的輻射路徑確定所述對象的位置；其中，所述引入步驟包括沿所述觸摸表面( 掃掠至少一條輻射光束(B1-B6)；其中，所述測量步驟包括當所述至少一條光束(B1-B6)沿所述觸摸表面( 掃掠時，通 過固定的重定向設備(12A、12B)接收所述至少一條光束(B1-B6)，所述固定的重定向設備 (12AU2B)重定向所述至少一條光束(B1-B6)到公共檢測點(Dl、D2)上，并且所述測量步 驟包括在所述公共檢測點(D1、D》測量所述至少一條光束(B1-B6)的能量。
29.一種操作用于確定觸摸表面(2)上的至少一個對象的位置的裝備的方法，所述觸 摸表面( 是面板(1)的一部分，所述面板(1)限定所述觸摸表面( 和相對表面(3)，所 述方法包括下列步驟操作照明布置以將輻射引入所述面板中以通過內(nèi)反射在所述觸摸表面和所述相對表面之間傳播，以便在傳感區(qū)域中產(chǎn)生交叉的輻射路徑的網(wǎng)格； 操作檢測布置以測量所述輻射路徑中的透射能量；以所述透射能量為基礎，基于兩條或多條的輻射路徑的衰減來確定所述位置，所述兩 條或多條的輻射路徑的衰減通過所述對象觸摸在所述傳感區(qū)域內(nèi)的所述觸摸表面O)引 起；以及其中，所述操作照明布置的步驟包括沿所述觸摸表面(2)掃掠至少一條輻射光束 (B1-B6)的步驟，使得所述至少一條光束(B1-B6)，在通過所述傳感區(qū)域后，由固定的重 定向設備(12A、12B)接收，所述固定的重定向設備(12A、12B)重定向所述至少一條光束 (B1-B6)到公共檢測點(D1、D2)上；以及其中，所述操作檢測布置的步驟包括通過位于所述公共檢測點(D1、D》的輻射探測器 (RDU RD2)測量所述至少一條光束(B1-B6)的能量。
30. 一種包括計算機代碼的計算機程序產(chǎn)品，所述計算機代碼當在數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)上執(zhí) 行時，適于施行權利要求四的方法。
全文摘要
一種操作來確定透光面板(1)的觸摸表面上至少一個對象的位置的裝備。在該裝備中，照明布置將輻射引入面板中以通過內(nèi)反射在觸摸表面和相對表面之間傳播，以在傳感區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生交叉的輻射路徑的網(wǎng)格，且檢測布置測量輻射路徑中的透射能量。然后，以透射能量為基礎，數(shù)據(jù)處理器(8)基于由對象(O1)觸摸傳感區(qū)域內(nèi)的觸摸表面引起的兩條或多條的輻射路徑的衰減來確定所述位置。在該裝備中，照明布置通過使輻射的至少一條光束(B1、B2)沿觸摸表面掃掠產(chǎn)生輻射路徑的至少一個子集。檢測布置包括當光束(B1、B2)沿觸摸表面掃掠時接收并重定向光束(B1、B2)到公共檢測點(D1、D2)上的固定的重定向設備(12A、12B)和位于公共檢測點(D1、D2)以測量光束(B1、B2)的能量的輻射探測器(RD1、RD2)。
文檔編號G06F3/042GK102067074SQ200980123716
公開日2011年5月18日 申請日期2009年6月22日 優(yōu)先權日2008年6月23日
發(fā)明者奧拉·瓦斯維克, 托馬斯·克里斯蒂安松 申請人:平蛙實驗室股份公司