光學(xué)觸摸屏的制作方法
【專(zhuān)利說(shuō)明】
[0001] 相關(guān)申請(qǐng)的交叉參考
[0002] 本申請(qǐng)要求如下美國(guó)臨時(shí)專(zhuān)利申請(qǐng)的優(yōu)先權(quán)權(quán)益：
[0003] ?由發(fā)明人 Erik Rosengren、Robert Pettersson、Lars Sparf 和 Thomas Eriksson 在 2013 年 6 月 4 日提交的、名稱(chēng)為"MULTI-TOUCH OPTICAL TOUCH SCREENS WITHOUT GHOST POINTS(沒(méi)有假性觸摸點(diǎn)的多點(diǎn)觸摸光學(xué)觸摸屏）"的美國(guó)臨時(shí)專(zhuān)利申請(qǐng) No.61/830, 671 ；
[0004] ?由發(fā)明人 Richard Berglind、Erik Rosengren、Robert Pettersson、Lars Sparf、Thomas ErikssoruGunnar Martin Frdjdh 和Xiatao Wang 在 2013 年6 月 10 日較 的、名稱(chēng)為"CIRCULAR MULTI-TOUCH OPTICAL TOUCH SCREENS(圓形多點(diǎn)觸摸光學(xué)觸摸屏）" 的美國(guó)臨時(shí)專(zhuān)利申請(qǐng)No. 61/833, 161 ;
[0005] ?由發(fā)明人 Remo Behdasht、Erik Rosengren、Robert Pettersson、Lars Sparf、Thomas Eriksson 在 2013 年 12 月 22 日提交的、名稱(chēng)為"OPTICAL TOUCH SCREENS WITH TOUCH-SENSITIVE BORDERS (具有觸敏邊界的光學(xué)觸摸屏）"的美國(guó)臨時(shí)專(zhuān)利申請(qǐng) No.61/919, 759 ；
[0006] ?由發(fā)明人 Richard Berglind、Erik Rosengren、Robert Pettersson、Lars Sparf、Thomas ErikssoruGunnar Martin T-r0j(ih 和 Xiatao Wang 在 2013 年 12 月 4 日提交 的、名稱(chēng)為"CIRCULAR MULTI-TOUCH OPTICAL TOUCH SCREENS(圓形多點(diǎn)觸摸光學(xué)觸摸屏）" 的美國(guó)臨時(shí)專(zhuān)利申請(qǐng)No. 61/911,915 ;
[0007] ?由發(fā)明人 Per Rosengren、Stefan Holmgren、Erik Rosengren、Robert Pettersson、Lars Sparf 和 Thomas Eriksson 在 2014 年 I 月 6 日提交的、名稱(chēng)為 "MULTI-TOUCH OPTICAL TOUCH SCREENS WITHOUT GHOST POINTS (沒(méi)有假性觸摸點(diǎn)的多點(diǎn)觸 摸光學(xué)觸摸屏）"的美國(guó)臨時(shí)專(zhuān)利申請(qǐng)No. 61/923, 775 ;以及
[0008] ?由發(fā)明人 Karl Erik Patrik TsIordsUdm、Per Rosengren、Stefan Holmgren, Erik Rosengren、Robert PetterssoruLars Sparf和 Thomas Eriksson 在 2014 年3月11日提交的、名稱(chēng)為"OPTICAL TOUCH SCREENS(光學(xué)觸摸屏）"的美國(guó)臨時(shí)專(zhuān)利申 請(qǐng) No. 61/950,868。
[0009] 通過(guò)參考將這些申請(qǐng)的內(nèi)容全部結(jié)合于此。
技術(shù)領(lǐng)域
[0010] 本發(fā)明的領(lǐng)域?yàn)榛诠獾挠|摸屏。
【背景技術(shù)】
[0011] 許多消費(fèi)性電子設(shè)備現(xiàn)在都構(gòu)建有觸敏表面（追蹤墊（track pad)或觸摸屏），以 供手指或觸筆觸摸用戶(hù)輸入之用。這些設(shè)備的范圍從諸如移動(dòng)電話和車(chē)載娛樂(lè)系統(tǒng)之類(lèi)的 小型屏幕設(shè)備到諸如筆記本計(jì)算機(jī)之類(lèi)的中型屏幕設(shè)備，再到諸如機(jī)場(chǎng)的檢入站之類(lèi)的大 型屏幕設(shè)備。
[0012] 在計(jì)算技術(shù)中，多點(diǎn)觸摸（或多點(diǎn)觸控）是指觸摸感測(cè)表面的、識(shí)別存在與該表 面接觸的兩個(gè)或更多個(gè)點(diǎn)的能力。這種多點(diǎn)感知經(jīng)常用來(lái)實(shí)現(xiàn)高級(jí)功能，諸如捏拉縮放或 啟動(dòng)預(yù)先規(guī)定的程序（維基百科（Wikipedia)，"多點(diǎn)觸摸（multi-touch)"）。微軟公司 (Microsoft Corporation)的視窗（Windows) 8操作系統(tǒng)需要支持最少5點(diǎn)數(shù)字化儀的觸摸 屏。m^iNDa\vs'K是微軟公司的注冊(cè)商標(biāo)。
[0013] 本發(fā)明涉及基于光的觸敏表面。基于光的觸敏表面利用光發(fā)射器和光檢測(cè)器包圍 表面邊界以在該表面上面產(chǎn)生光束網(wǎng)格。觸摸該表面的物體阻擋光束的對(duì)應(yīng)部分。
[0014] 參照?qǐng)D1，圖1是現(xiàn)有技術(shù)的基于光的觸摸屏的圖示，該觸摸屏具有16個(gè)LED和 16個(gè)H)。在圖1中，屏801由沿著兩個(gè)邊緣的發(fā)射器101和沿著其余兩個(gè)邊緣的光電二極 管（PD)接收器201包圍，這些發(fā)射器101和接收器201 -起能夠形成覆蓋該屏的光束300 的網(wǎng)格。
[0015] 基于光的觸摸檢測(cè)系統(tǒng)不能精確地識(shí)別與表面接觸的兩個(gè)或更多個(gè)點(diǎn)的許多情 形。參照?qǐng)D2和圖3,圖2和圖3是在現(xiàn)有技術(shù)的觸摸屏中的不確定的多點(diǎn)觸摸檢測(cè)的情形 的例示圖。圖2和圖3示出了兩個(gè)對(duì)角相對(duì)的觸摸901和902的不同情形，相對(duì)于圖1的 光網(wǎng)格來(lái)說(shuō)，觸摸901和902是不確定的。如圖2和圖3所示，相同的光束在兩種情形下都 被阻擋。
[0016] 當(dāng)多于兩個(gè)的物體同時(shí)對(duì)該屏進(jìn)行觸摸時(shí)，還有進(jìn)一步的不確定性。參照?qǐng)D4和 圖5,圖4和圖5是在現(xiàn)有技術(shù)的觸摸屏中的假性觸摸（ghosted touch)的情形的例示圖。 相比于圖4中所示的三點(diǎn)觸摸的情況以及相比于圖5中所示的四點(diǎn)觸摸的情況，圖2和圖2 中所示的兩點(diǎn)觸摸的情況也是不確定的。在圖2至圖5中所示的情況當(dāng)中的每種情況下， 行和列ro a-h都示出了在相同位置處不存在光。圖4和圖5中所示的不確定性是由于"鬼 影"（也稱(chēng)為假性觸點(diǎn)）引起，"鬼影"是指第一物體的陰影遮蔽第二物體并且妨礙該第二物 體被檢測(cè)到的作用或影響。
[0017] 相比于其它觸摸傳感器技術(shù)，諸如電容式和電阻式方案，基于光的觸摸屏具有許 多優(yōu)點(diǎn)。尤其是，基于光的觸摸屏使得材料清單（bill-of-material)成本能夠比電容式方 案低，特別是對(duì)于大型屏來(lái)說(shuō)?；诠獾挠|摸屏比電容式和電阻式方案優(yōu)越的原因還在于， 基于光的觸摸屏不需要位于屏的上面的附加物理層，這種附加物理層削弱了屏圖像。對(duì)于 采用其中屏圖像的亮度取決于反射光而不是背光的反射屏的設(shè)備來(lái)說(shuō)，這是一個(gè)重要的優(yōu) 點(diǎn)。參照美國(guó)專(zhuān)利 No. 8, 674, 966,名稱(chēng)為 "ASIC CONTROLLER FOR A LIGHT-BASED TOUCH SCREEN(用于基于光的觸摸屏的ASIC控制器）"，通過(guò)參考將該專(zhuān)利全部結(jié)合于此。該專(zhuān)利 教導(dǎo)了對(duì)于基于光的觸摸屏來(lái)說(shuō)能夠獲得比可利用現(xiàn)有技術(shù)的電容式屏獲得的掃描速率 更快的掃描速率。提供一種操作而檢測(cè)多點(diǎn)觸摸手勢(shì)并且與視窗8操作系統(tǒng)的要求兼容的 基于光的觸摸屏將是有利的。
[0018] 現(xiàn)有技術(shù)的基于光的觸摸屏的一個(gè)缺點(diǎn)是需要沿著屏的全部四個(gè)邊緣容納許多 光發(fā)射器和光檢測(cè)器。該要求使得在不對(duì)現(xiàn)有的電子設(shè)備內(nèi)部部件的布局進(jìn)行重大改變的 情況下難以將基于光的觸摸檢測(cè)嵌入到該電子設(shè)備內(nèi)。減少所需部件的數(shù)量并且能夠?qū)⑺?們放置在有限面積內(nèi)而不是包圍整個(gè)屏將是有利的。減少所需的光發(fā)射器和光檢測(cè)器的總 數(shù)具有減少材料清單（ROM)的額外收益。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0019] 本發(fā)明的實(shí)施方式提供了基于被阻擋光束的明確的多點(diǎn)觸摸檢測(cè)。本發(fā)明的其它 實(shí)施方式提供了利用沿著屏的僅一個(gè)邊緣的光發(fā)射器的一維陣列和沿著屏的相對(duì)邊緣的 光檢測(cè)器的相對(duì)陣列進(jìn)行的2D觸摸檢測(cè)。
[0020] 因此，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，提供了一種光發(fā)射器和光檢測(cè)器的矩形布置， 其中光發(fā)射器沿著所述矩形布置的兩個(gè)相鄰邊緣布置，而光檢測(cè)器沿著兩個(gè)其余邊緣布 置。來(lái)自各個(gè)發(fā)射器的光由多個(gè)檢測(cè)器檢測(cè)。從發(fā)射器到檢測(cè)器的各個(gè)光束橫穿多個(gè)屏像 素。存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)器中的表針對(duì)各個(gè)光束列舉了位于該光束的路徑中的所有像素。對(duì) 于各個(gè)被阻擋光束，位于該光束的路徑中的所有像素都被標(biāo)記為被阻擋；而對(duì)于各個(gè)未被 阻擋光束，位于該光束的路徑中的所有像素都被標(biāo)記為未被阻擋。這創(chuàng)建了具有三個(gè)類(lèi)型 像素的圖：完全被阻擋、完全未被阻擋和部分被阻擋。部分被阻擋的像素被若干個(gè)光束橫 穿，這些光束中的僅一些光束被阻擋。完全被阻擋的像素被若干光束橫穿，這些光束全部被 阻擋。完全被阻擋的像素對(duì)應(yīng)于觸摸位置。該系統(tǒng)然后將相鄰的被阻擋像素連接以構(gòu)成連 續(xù)被阻擋像素的斑點(diǎn)。各個(gè)斑點(diǎn)或一組連續(xù)的被阻擋像素被作為單個(gè)觸摸位置來(lái)進(jìn)行處 理。
[0021] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，另外提供了一種觸摸屏，該觸摸屏的特征在于沿著 所述觸摸屏的底部邊緣的一行光發(fā)射器和沿著所述觸摸屏的頂部邊緣的一行光檢測(cè)器。各 個(gè)光發(fā)射器投射被所有所述光檢測(cè)器檢測(cè)到的極寬光束。觸摸所述觸摸屏的物體的X坐標(biāo) 對(duì)應(yīng)于與所述觸摸屏的側(cè)邊緣平行地延伸的被阻擋光束。y坐標(biāo)通過(guò)識(shí)別對(duì)角的被阻擋光 束之間的相交來(lái)確定。
[0022] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，進(jìn)一步提供了一種透鏡，該透鏡用于與光學(xué)觸摸傳 感器中的二極管相對(duì)地放置，所述透鏡包括：上部，該上部包括：更接近所述二極管定位的 上折射表面；和距離所述二極管更遠(yuǎn)地定位的上反射器，所述上反射器在兩個(gè)維度上彎曲 并且被所述透鏡的頂部水平平面水平切割；以及下部，該下部與所述二極管共面，并且包 括：更接近所述二極管定位的下折射表面；和距離所述二極管更遠(yuǎn)地定位的下反射器，所 述下反射器在所述兩個(gè)維度上彎曲并且被所述透鏡的底部水平平面水平切割，其中所述上 反射器和所述下反射器是對(duì)稱(chēng)并且豎直對(duì)齊的，并且其中由所述下反射器反射到所述上反 射器上的非準(zhǔn)直光由所述下反射器在所述兩個(gè)維度上部分地準(zhǔn)直，并且由所述上反射器在 所述兩個(gè)維度上進(jìn)一步準(zhǔn)直。
[0023] 在所述透鏡的所述二極管視角較大的情況下，所述透鏡在所述頂部水平平面和所 述底部水平平面之間的高度小于與所述透鏡的后豎直背平面相交的彎曲反射器用以部分 準(zhǔn)直和進(jìn)一步準(zhǔn)直所述非準(zhǔn)直光所需的高度。
[0024] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，更進(jìn)一步提供了一種用于計(jì)算屏上的多點(diǎn)觸摸位置 的方法，該方法包括：?jiǎn)?dòng)圍繞屏的周邊的多個(gè)發(fā)射器和檢測(cè)器，其中各個(gè)發(fā)射器-檢測(cè)器 對(duì)與來(lái)自橫跨所述屏的多個(gè)光束的橫跨所述屏的光束對(duì)應(yīng)，并且其中所述光束中的一些光 束被對(duì)所述屏進(jìn)行觸摸的一個(gè)或多個(gè)物體阻擋；提供查找表，該查找表針對(duì)來(lái)自所述多個(gè) 光束的各個(gè)光束列舉來(lái)自所述多個(gè)光束的與該光束相交的其它光束以及它們各自的相交 點(diǎn)；(a)識(shí)別第一被阻擋光束；(b)訪問(wèn)所述查找表，以識(shí)別與所述第一被阻擋光束相交的 第二被阻擋光束；（C)訪問(wèn)所述查找表，以識(shí)別與如此識(shí)別出的第一被阻擋光束和第二被 阻擋光束的相交點(diǎn)鄰近的其它被阻擋光束的相交點(diǎn)；(d)重復(fù)操作（b)和（C)，直到識(shí)別 出被阻擋光束的所有鄰近相交點(diǎn)，并且將如此識(shí)別出的鄰近相交編組為單個(gè)觸摸點(diǎn)；以及 (e)針對(duì)尚未在操作（d)編組的其余被阻擋光束，重復(fù)（a)至（d)。
[0025] 此外，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，提供了一種用于計(jì)算屏上的多點(diǎn)觸摸位置的 方法，該方法包括：?jiǎn)?dòng)圍繞屏的周邊的多個(gè)發(fā)射器和檢測(cè)器，其中各個(gè)發(fā)射器-檢測(cè)器對(duì) 與來(lái)自橫跨所述屏的多個(gè)光束的橫跨所述屏的光束對(duì)應(yīng)，并且其中所述光束中的一些光束 被對(duì)所述屏進(jìn)行觸摸的一個(gè)或多個(gè)物體阻擋；將所述屏識(shí)別為初始觸摸候選區(qū)域；針對(duì)各 個(gè)候選區(qū)域：(a)識(shí)別橫跨該候選區(qū)域的未被阻擋光束；(b)將所述候選區(qū)域分成被如此識(shí) 別出的未被阻擋光束分離開(kāi)的多個(gè)候選區(qū)域；和（c)針對(duì)所有未被阻擋光束重復(fù)操作（a) 和（b);以及將尺寸大于最小尺寸的候選區(qū)域指定為唯一觸摸位置。
[0026] 另外，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，提供了一種用于計(jì)算屏上的觸摸位置的方法， 該方法包括：圍繞屏的周邊設(shè)置多個(gè)發(fā)射器和檢測(cè)器，其中各個(gè)發(fā)射器-檢測(cè)器對(duì)與來(lái)自 多個(gè)寬光束的橫跨所述屏的寬光束對(duì)應(yīng)；啟動(dòng)屏掃描，從而使各個(gè)發(fā)射器與相對(duì)的檢測(cè)器 成對(duì)，（a)從所述多個(gè)寬光束識(shí)別被對(duì)所述屏進(jìn)行觸摸的物體阻擋的那些寬光束；(b)識(shí)別 在操作（a)識(shí)別出的被阻擋寬光束當(dāng)中的基本垂直取向的寬光束之間的相交區(qū)域；（c)識(shí) 別穿過(guò)在操作（b)識(shí)別出的相交區(qū)域的附加的被阻擋寬光束；（d)針對(duì)在操作（C)識(shí)別出 的各個(gè)附加的被阻擋寬光束確定阻擋程度；（e)識(shí)別由在操作（c)識(shí)別出的各個(gè)附加的被 阻擋寬光束與在操作（a)識(shí)別出的被阻擋寬光束的相交形成的二維形狀；以及（f)計(jì)算如 此識(shí)別出的二維形狀的重心的加權(quán)平均，其中該和中各個(gè)重心的權(quán)重與在操作（C)確定的 其各自的阻擋程度對(duì)應(yīng)。
[0027] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，進(jìn)一步提出了一種圓形觸摸傳感器，該圓形觸摸傳 感器包括：殼體；安裝在所述殼體中的表面，該表面包括被暴露出以接收觸摸輸入的圓形 部分；多個(gè)光檢測(cè)器，所述多個(gè)光檢測(cè)器沿著與所述圓形部分的一半對(duì)應(yīng)的半圓形輪廓安 裝在所述殼體中，其中鄰近檢測(cè)器之間的角間距是恒定的；多個(gè)光發(fā)射器，所述多個(gè)光發(fā)射 器沿著與所述圓形部分的相對(duì)部分對(duì)應(yīng)的相對(duì)半圓形輪廓安裝在所述殼體中，并且所述多 個(gè)光發(fā)射器成組布置，使得各個(gè)組內(nèi)的鄰近發(fā)射器之間的角間距為Θ，并且使得在不同組 中的最接近的發(fā)射器之間的角間距為θ+α，其中α為正；以及處理器，該處理器連接至所 述發(fā)射器和所述檢測(cè)器，用于同步地共同啟動(dòng)發(fā)射器-檢測(cè)器對(duì)，并且所述處理器被配置 成基于所述檢測(cè)器的輸出來(lái)計(jì)算觸摸所述圓形部分的物體的二維位置。。
[0028] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，更進(jìn)一步提供了一種圓形觸摸傳感器，該圓形觸摸 傳感器包括：殼體；安裝在所述殼體中的表面，該表面包括被暴露出以接收觸摸輸入的圓 形部分；多個(gè)光發(fā)射器，所述多個(gè)光發(fā)射器沿著與所述圓形部分的一半對(duì)應(yīng)的半圓形輪廓 安裝在所述殼體中，其中鄰近發(fā)射器之間的角間距是恒定的；多個(gè)光檢測(cè)器，所述多個(gè)光檢 測(cè)器沿著與所述圓形部分的相對(duì)半部對(duì)應(yīng)的相對(duì)半圓形輪廓安裝在所述殼體中，并且成組 布置，使得各個(gè)組內(nèi)的鄰近檢測(cè)器之間的角間距為Θ，并且使得不同組中的最接近的檢測(cè) 器之間的角間距為θ+α，其中α為正；以及處理器，該處理器連接至所述發(fā)射器和所述檢 測(cè)器，用于同步地共同啟動(dòng)發(fā)射器-檢測(cè)器對(duì)，并且所述處理器被配置成基于所述檢測(cè)器 的輸出來(lái)計(jì)算觸摸所述圓形部分的物體的二維位置。
【附圖說(shuō)明】
[0029] 從如下結(jié)合附圖的詳細(xì)描述將更充分地理解和認(rèn)識(shí)本發(fā)明，在附圖中：
[0030] 圖1是現(xiàn)有技術(shù)的基于光的觸摸屏的圖，該觸摸屏具有16個(gè)LED和16個(gè)ro ;
[0031] 圖2和圖3是在現(xiàn)有技術(shù)的觸摸屏中的不確定的多點(diǎn)觸摸檢測(cè)的情形的圖不；
[0032] 圖4和圖5是在現(xiàn)有技術(shù)的觸摸屏中的假性觸摸的情形的圖示；
[0033] 圖6是在根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的觸摸屏系統(tǒng)中的相交光束的網(wǎng)絡(luò)的圖示；
[0034] 圖7是在