用于检测多个触摸的触摸屏的制作方法

专利名称：用于检测多个触摸的触摸屏的制作方法
技术领域：
本发明主要涉及触摸屏，尤其涉及用于检测多个触摸的触摸屏。
背景技术：
〖00021具有感测多个触摸的需要或需求的应用正在变得越来越普遍。 例如，使用图形接口 (例如通过在显示屏上显示标准键盘)输入信息的 应用可以依赖于使用者来同时选择两个键，例如通过换档键来进行上述 情形的字符选择。另外，随着显示屏变得越来越小，同时选择多个图形 可能是期望的，以在较小的触摸屏表面区内给用户提供输入可能。游戏 和其它的多用户应用还增加了对来自同时与相同的触摸屏作用的两个或 多个用户的触摸进行探测的需要。不幸的是，已知的XYU触摸屏技术还具有其自身的限制。到目 前为止，XYU触摸屏技术没有应用至IR触摸屏设计，是因为窄的发光二 极管(LED)发射锥角和窄的光电接收锥角与用于X/Y和U束的常见的光 电部件不兼容。由于所使用的能够检测多个同时触摸的额外的反射器阵 列，用于XYUSAW触摸屏的已知的设计可能需要较大的发送器和接收器 以发送和接收声信号。另外，额外的发送和接收U阵列需要通过U阵列反 射器以明显大于90度的角度散射，对于此，SAW散射可能是低效率的。 这导致了弱的信号和声学寄生效应(acousticparasites)。另外，SAW触 摸屏被密封以保护其免受可能与触摸屏接触的液体或其它产品的损害。 该密封件可以吸收一些声学能量，且不允许将密封件放置到阵列的顶 部。因此该密封件可能增加触摸屏的整体尺寸或最小化触摸屏的可使用 的触摸面积，上述两者都不是期望的。在一个实施例中，触摸屏系统包括触摸区域。至少一个发送器 靠近触摸区域的外边缘设置，用于沿第一方向发送第一束。至少一个分 束器靠近触摸区域的外边缘设置，用于将第一束分成至少第二和第三 束，其分别沿至少第二和第三方向穿过触摸区域传播。该至少一个分束 器包括多个偏转元件。接收器靠近触摸区域的外边缘设置，用于接收至 少第二和第三束。
图27显示出根据本发明的一个实施例的图26中的非聚焦的凹透
镜o
0037图28显示出根据本发明的一个实施例的将双束透镜用于IR触摸 屏的一般设想。图30显示出根据本发明的一个实施例形成的非聚焦的凸透镜。
触摸显示器114包括用于在显示屏118上显示数据的部件。显示 屏118可以是液晶显示器(LCD)、阴极射线管(CRT)、等离子体、有 机发光二极管(OLED)显示器、照相图像装置等。触摸屏120安装在显 示屏118的上方。触摸屏120接收来自用户的输入。例如，如果基于SAW 技术，触摸屏120具有由用户经由手指触摸、触笔等来触摸的基板。如果 基于IR技术，触摸屏120可能不具有定位在触摸显示器114上方的分离的 基板。然而，例如，它可能期望地提供用于保护显示屏118的表面的基 板。显示器外壳(未显示)可以包围触摸显示器114、显示器和触摸 屏缆线122和132以及显示器和触摸屏控制器124和B4。如

图1所述，显示 器外壳可以包围触摸屏120的外边缘部分，其固定触摸屏120和/或覆盖将 触摸屏120固定至显示屏118上的紧固件。视频和触摸数据缆线126和136
9可以是分离的缆线或包装在一起。视频和触摸数据缆线126和136可以从 显示器外壳延伸至计算机112的位置。可选择地，显示器外壳可以是用于 可能或不可能将计算机112保持在其中的PDA或其它的小型手持式或便携 式装置的盖子。另外，触摸数据缆线136和视频缆线126可以被无线技术 取代。图3显示出具有触摸区域156的IR触摸屏150，该触摸区域具有沿 X (水平的)和Y (垂直的)侧边的外部边缘。LED或其它发射器152和 154靠近触摸区域156的外边缘157设置。发送器152和154发送IR波能量， 其分别被接收器158和160接收。接收器158和168可以是光电晶体管。接 收器158被靠近触摸区域156的水平边、与发送器152相对设置，接收器 160被靠近触摸区域156的垂直边、与发送器154相对设置。接收器158和 160与发送器152和154可以统称为光电装置(opto-devices)。为了简化起 见，并不是所有的发送器152和154与接收器158和160都显示有附图标 号。另外，更多个发送器152和154与接收器158和160可以在触摸屏150中 使用，以形成比图3所显示的更多的IR束或IR束路径。应当理解，在图3 中和之后的附图中，IR束典型地由箭头示意性地显示，该箭头对应于已 选择的从IR发送器至IR接收器的射线。没有在IR接收器处终止的光学路 径，不对触摸检测做出贡献，因此未显示出或未讨论。
触摸区域156可以限定为发送器152和154与接收器158和160之间 且在外边缘157内的区域，其中，用户选择是基于显示在显示屏118上的 图形(如图2所示)。可替代地，触摸区域156可以由在显示屏118上方定 位的分离的基板来限定。
图4显示出类似于图3的IR触摸屏150的SAW触摸屏450。基板452 支持表面声波或束的传播，并且可以是玻璃、金属、低声学损耗的聚合 物系统或其它材料。SAW可以用于表示瑞利(Rayleigh)波、准瑞利波、 Lamb或剪切波、或对基板452的表面上的触摸敏感的其它类型的声波中 的任何一种或其组合。发送器454和456激励基板452中的表面声波，并且 可以是楔换能器、光栅换能器、交叉指型换能器或任何其它类型的换能 器。在此处，被激励的表面声波还可被称作已发送的束或己发送的SAW 束。分束器458、 460、 462和464沿U方向用偏转元件465偏转入射的SAW 束的一部分，同时保持另一部分未被偏转。可通过例如丝网印刷玻璃粉 或复合聚合物材料墨或可替代地通过蚀刻槽，在基板452上制造分束器 458、 460、 462和464。偏转的和未偏转的束穿过大致由外边缘484来限定 的触摸区域482传播。接收器466和468完成了SAW声路径，并产生了由控 制电子装置处理的模拟信号。接收器466和468可以是上述的换能器类型 中的任一种。在一个例子中，显示出在触摸区域482中同时出现的第一和第二 触摸470和472。应当指出，虽然产生了更多SAW路径，但是在图4中仅显 示出被第一和第二触摸470和472削弱的这些SAW路径。只有实际的第一 和第二触摸位置470和472分别对应于如SAW路径478和480所显示的带阴 影的U路径。在没有U路径数据的情况下，错误的触摸位置474和476对应 于与第一和第二触摸470和472相同的在X和Y方向上的阴影，并且因此触 摸位置可能被错误地识别。
例如，发送换能器184沿第一X阵列192发送SAW束208。第一X 阵列192以90度角度偏转SAW束208的部分，例如用偏转的束210所显示 的。偏转的束210进入到第一分束器200中并被偏转元件199分成至少两个 不同的束，例如未偏转的束212和U偏转的束214。(可替代地，第一X阵 列192可以将SAW束208偏转143度，使得偏转的束210平行于所示的U偏 转束214进入第一分束器200中。在这个例子中，第一分束器200使作为U 偏转的束214的偏转的束210的一部分不偏转地通过以作为未偏转的束， 同时偏转未偏转的束212。)。应当理解，有大量的沿第一X阵列192的长 度形成的偏转的束210，其导致了大量的未偏转的束212和U偏转束214， 以感测触摸屏180的触摸区域183内的触摸事件。
Y发送换能器494发送SAW束560， SAW束560的部分被Y阵列508 以90度偏转，作为偏转的束562。偏转的束562进入分束器516，且至少被 分成未偏转的束564、 U偏转束566和V偏转束568，其中，未偏转束564在 偏转的束562的起始路径上继续传播，U偏转的束566以相对于未偏转的束 564的一个角度(例如约37度)偏转。在这个例子中，约37度的偏转角是 对于3: 4的高宽比的触摸/显示系统的基于触摸屏的高度除以宽度的反正 切。V反射束568是以与未偏转的束564成约-37度进行偏转的。
图8显示出衍射光栅522和45度散射的情形。在这个例子中，衍 射光栅522被配置，使得d-(V2》入，也就是，光栅周期530或间距是入射 束532的波长的2的平方根倍。入射束532进入到衍射光栅522的输入侧534 中。在这种情形中，X和Y束由未偏转的束536 (或零级束)来表示，U和 /或V束中每个由偏转的束538和540 (或第一衍射峰)中的一个来表示。 在XYUV传感器中，可以使用所有的未偏转的束536与偏转的束538禾口 540。 图9示出调整衍射光栅522的透明和不透明的间距的比的一个例 子。衍射光栅522的偏转元件524 (另外在图7中)表示出不透明区域 544，在不透明区域544之间具有透明区域542。通过调整透明和不透明区 域542和544，将获得在未偏转和偏转的束536、 538和540之间的不同的强 度比。如果期望避免这种微米分辨率的图案化，那么下文的基于折射和 反射的IR分束器设计将是更有吸引力的。
0075基于折射和反射的IR分束器可以由对预定的IR波长具有适合的 IR透射水平和折射率的材料形成。仅通过举例的方式，材料可以具有 N4.55的折射率或对应于工程塑料的其它N值。另外，例如棱镜、小平面 或槽的偏转元件被形成在分束器中，以提供实际的分束功能。每个偏转 元件可以具有多个表面，且每个表面可以未被涂覆、被涂覆、反射镜化或否则被修改以提供期望的折射和/或反射功能。另外，可以彼此相对地 设置多个表面，以最小化不期望的反射，和/或实现期望的输出束发送 角。图10和11分别示出折射式分束器230的2D视图和等比视图。LED 或发送器232和234分别朝折射式分束器230发送IR束236和238。发送器 232和234示意性地显示为圆形的源，IR束236和238被彼此平行地发送。 折射式分束器230将IR束236和238中的每一个分成两个部分； 一部分以相 对于发送IR束的发送方向成零度地引导，而一部分以相对于发送IR束的 发送方向成45度地引导(折射)。例如，IR束236分成以零度引导的第一 部分244和以45度引导的第二部分246。第一和第二部分244和246被发送 到触摸区域241中。虽然第一和第二部分244和246图10中显示为在线231 处和图11中的平面233处被截断或终止，但是应当理解在触摸屏中，第一 和第二部分244和246在触摸区域241中传播，并且继续到在触摸屏的另一 边缘上的IR接收器(未显示)。折射式分束器230可以由片状的聚合物材料形成，其具有沿前壁 243的多个槽、棱镜或偏转元件240和242，或它们的一个阵列。在这个例 子中，偏转元件240和242的内表面未被涂覆。每个IR发送器232和234可 以相对于对应的偏转元件240和242被对准。通过举例的方式，偏转元件 240接收IR束236。与倾斜的小平面247界面接触的IR束236的部分被折射 第一次。之后折射的束以不是90度的角度与折射式分束器230的后壁249 界面接触。折射的束被折射第二次，产生了第二部分246。出射的折射角 (在第二部分246射出后壁249之后)相对于第一部分244是45度，该第一 部分244平行于IR束236的发送方向。
0078通过举例的方式，基于触摸屏150的期望的分辨率水平可以将IR 发送器232和234彼此以精确的距离D1间隔地设置(如图3所示)。偏转元 件240和242彼此以精确的距离D2间隔地设置。距离D1和D2可以彼此对 应，以提供沿触摸屏150的每一侧的发送器和偏转元件的均一的对准。
零度束和45度束314和316的相对强度可以分别通过增加或减小 折射的小平面口318和/或通过相对于第一和第二偏转元件296和298对准发 送器234和232来进行调整。可修改前壁和后壁320和322的倾斜角度，折 射的小平面的口中的一个或多个，直接在折射的小平面上方的透明的小 平面的高度，偏转元件的数量和间距，分束器材料块的高度、长度、宽 度和折射率以及折射的束的最终方向，该折射的束在一个例子中是45度 束316。图26和27示出非聚焦凹透镜360，其可以通过使用标准分析设计 方法来确定。非聚焦的凹透镜360的前表面374使用大量的小的平坦的小 平面362来进行建模。在图27中，IR点源364产生IR束366，其穿过后表面 376进入非聚焦的凹透镜360中。非聚焦凹透镜360将IR束366分成第一和 第二束368和370。
0109]图28示出在IR触摸屏380中使用双束透镜的一般概念。双束透镜 可以是非聚焦的凹透镜360 (如在图27中显示的)或聚焦的凹透镜或凸透 镜，将在下文中对它们进行描述。IR发送器382和384沿触摸屏380的两侧 定位，IR接收器386和388沿触摸屏380的另外两侧定位。为了简明起见， 示出小数量的IR发送器382和384与IR接收器386和388，但典型地大量的
发送器和接收器被用于提供在触摸屏380的整个触摸区域上的均一的覆
芏因为双束透镜形成成+/-22.5度的束，而不是成零度和45度，所以 IR发送器382和384与IR接收器386和388定位在相对于触摸屏380的X和Y 平面的被旋转的方向上，以形成和接收X、 Y和U束。角度被确定成使得 一个束被沿着X或Y方向发送。例如，发送器382被倾斜以沿X轴线发送IR 束390和沿U轴线发送IR束392。发送器384被倾斜以沿Y轴线发送IR束394 和沿U轴线发送IR束396。 IR接收器386被倾斜以检测IR束390和396， IR接 收器388被倾斜以检测IR束392和394。因为U束成45度，而触摸区域的对 角线在一些情形中不是成45度，所以在一些情况下，U束从IR发送器384 传播至IR接收器388。
[0111图29显示出聚焦凹透镜400，其限定了在聚焦凹透镜400的每个 表面点处的折射方向，使得第一和第二束402和404分别聚焦到第一和第 二聚焦点406和408上。在这个例子中，第一和第二聚焦点406和408被限 定在检测器表面409上，其表示IR接收器，例如图28中的接收器386。第 一和第二聚焦点406和408可以被沿向前(Z)的方向移动至任意的位置 上。[0112J图30示出非聚焦的凸透镜410。图31示出非聚焦的凸透镜410， 其将入射的IR束412分成第一和第二束414和416。第一和第二束414和416 如之前所述是+/-22.5度。为了简明地说明，在这个例子中再次假定点源 418产生光的IR束412。
[01131另外，可以使用聚焦的凸透镜(未显示)。聚焦的凸透镜将入 射的IR束分成第一和第二束，如之前的图29描述的，它们被聚焦到检测 器表面上的第一和第二聚焦点上。还应当注意，也可以在需要时被设计 三束透镜以将入射的IR束分割成三个束，以支持类似于图6中的SAW XYUV触摸屏的IR XYUV设计。
[0114应当理解，上述描述是说明性的而不是限制性的。例如，上述 的实施例(和/或其方面)可以被彼此结合地使用。另外，在不偏离其范 围的情形下，可以进行许多修改以将特定的情形或材料适应于本发明的 教导。虽然在此描述的材料的尺寸和类型用于限定本发明的参数，但是 决不是限制性的，而是示例性的实施例。在阅读上述描述的基础上，许 多其它的实施例对于本领域的技术人员来说是显而易见的。因此，本发 明的范围应当参考随附的权利要求以及表示本发明的主题的这些权利要 求的等价物的全部范围来确定。另外，在下面的权利要求中，术语"第 一"、"第二"和"第三"等仅用作标号，且不是将数字要求强加到这些物体 上。进一步地，下述的权利要求的限制未用装置加功能的形式的方式来 撰写，不能基于U.S.C.g 112第6段进行解释，除非和直到这些权利要求清 楚地使用其后紧跟着功能的陈述而空无进一步的结构的词语"用于......的
装置"。
2权利要求
1.一种触摸屏系统，包括触摸区域；至少一个发送器，所述发送器靠近所述触摸区域的外边缘设置，用于沿第一方向发送第一束；至少一个分束器，所述分束器靠近所述触摸区域的所述外边缘设置，用于将所述第一束分成分别沿至少第二和第三方向穿过所述触摸区域传播的至少第二和第三束，所述至少一个分束器包括多个偏转元件；和接收器，所述接收器靠近所述触摸区域的所述外边缘设置，用于接收所述至少第二和第三束。
2. 根据权利要求1所述的系统，其中，所述至少第二和第三方向中 的一个与所述第一方向相同。
3. 根据权利要求1所述的系统，其中，所述至少第二和第三方向与 所述第一方向彼此不同。
4. 根据权利要求1所述的系统，其中，所述至少一个发送器是红外 (IR)发送器，所述接收器是IR接收器，优选地，其中，所述触摸区域包括彼此不同的成90度的X和Y方向，其中，所述第二束沿所述X和 Y方向中的一个穿过所述触摸区域传播，所述第三束以与所述第二束成 约45度的角度穿过所述触摸区域传播。
5. 根据权利要求1所述的系统，其中，所述至少一个发送器是表面 声波(SAW)发送器，所述接收器是SAW接收器。
6. 根据权利要求1所述的系统，进一步包括靠近所述接收器设置的 接收分束器，用于相对于所述接收器偏转所述至少第二和第三束。
7. 根据权利要求1所述的系统，其中，所述至少一个分束器包括至 少一个透镜，所述至少一个发送器与所述至少一个透镜相关联，优选 地，其中，所述触摸区域包括彼此不同的成卯度的X和Y方向，所述 至少一个发送器被进一步定位以将所述至少第二和第三方向中的一个与 所述X和Y方向中的一个对准。
8. 根据权利要求1所述的系统，其中，所述至少一个发送器与所述 多个偏转元件中的一个偏转元件相关联，所述至少一个发送器被相对于 所述相关联的偏转元件对准。
9. 根据权利要求1所述的系统，其中，所述多个偏转元件被朝向所 述反射束和折射束中的一个定向。
10. 根据权利要求1所述的系统，其中，在所述多个偏转元件中的每个偏转元件包括被涂覆有反射材料的至少一个倾斜的小平面，所述至少 一个小平面沿不同于所述第一方向的方向弯曲所述束的至少一部分。
11. 一种触摸屏系统，包括基板，所述基板包括具有X和Y维度的触摸区域；第一 X阵列和第一 Y阵列，其被在所述基板上靠近所述触摸区域的 外边缘的位置处制造；发送换能器，用于通过所述第一X和Y阵列发送束，所述第一和第 二阵列朝所述触摸区域偏转所述束；第一和第二分束器，其被在所述基板上制造，且分别位于所述第一 X和Y阵列与所述触摸区域之间，所述第一和第二分束器中的每个将所 述束分成至少两个束，所述至少两个束沿彼此不同的方向穿过所述触摸 区域传播，和接收换能器，用于接收所述至少两个束。
12. —种用于检测权利要求1所述的触摸屏系统上的多个触摸的方 法，所述方法包括步骤靠近所述触摸区域的外边缘发送所述第一束；将所述第一束分割以形成至少第二和第三束，所述至少第二和第三 束彼此沿不同方向通穿过所述触摸区域传播；分割沿不同方向传播的所述至少第二和第三束，以形成接收束； 接收所述接收束；和基于所述接收束检测在所述触摸区域中的至少一个外部产生的触摸 的位置。
全文摘要
一种触摸屏系统(110)包括触摸区域(156)。至少一个发送器(152、154)被定位靠近触摸区域的外边缘(157)，用于沿第一方向发送第一束。至少一个分束器(162、164)被定位靠近触摸区域的外边缘，用于将第一束分成分别沿至少第二和第三方向通穿过触摸区域传播的至少第二和第三束。该至少一个分束器包括多个偏转元件(169)。接收器(158、160)被定位靠近触摸区域的外边缘，用于接收所述至少第二和第三束。
文档编号G06F3/042GK101669088SQ200880013408
公开日2010年3月10日 申请日期2008年4月23日 优先权日2007年4月25日
发明者丹尼尔·H·沙夫, 田中良和, 约珥·C·肯特, 詹姆斯·L·埃若燕, 婷 高 申请人:泰科电子公司