用于光触敏装置的增强光学波导的制作方法
【专利说明】用于光触敏装置的増强光学波导
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求2012年7月24日提交的编号为61/674，958的美国专利申请，2012年9月14日提交的美国临时专利申请61/701，141，以及2013年7月22日提交的美国实用新型专利申请13/947,421的优先权，通过整体引用合并于此。
技术领域
[0003]本发明总体涉及光触敏装置，具体涉及用于光触敏装置的增强光学波导。
【背景技术】
[0004]用于与计算机装置交互的触敏显示器变得越来越普遍。存在若干不同的技术以便实施触敏显示器以及其他的触敏装置。这些技术的示例包括，例如，电阻式触摸屏，表面声波触摸屏，电容式触摸屏以及某些类型的光学触摸屏。
[0005]然而，当前这些方式大多数存在缺点。例如，某些技术可以针对小尺寸的显示屏良好地作用，像是用在许多现代移动电话中，但却不会随着屏幕尺寸的变大像是用于笔记本电脑或甚至台式电脑的显示屏而有所变化。某些技术的另一个缺点在于它们对于处理多触摸事件是毫无能力的或是十分困难的。当多个触摸事件同时出现时，多触摸事件出现。另一个缺点在于技术可能无法满足增加的分辨率要求。
[0006]某些光触敏装置的另一个缺点在于这种装置中的光学波导的光传播可以通过附连具有未知光性质的材料(例如，显示器)到光学波导而被改变。光通常经由全内反射(TIR)在这种光波导中传播。TIR通常要求光被捕获(trapped)在具有比它周边材料高的折射率的传输介质中(通常是空气，其具有大约I的折射率)。具有未知光学性质，或与TIR不匹配的光学性质且与光学波导接触的任何物体将有可能减少波导中光能的传播。这可以使对于触摸感应传输损失的检测变得更加困难并且使触摸感应的鲁棒性降低，其将十分不利地影响这种光触敏装置的触摸感应的性能。
[0007]因此，存在增强使用在光触敏系统的光学波导的需求。
【发明内容】
[0008]光触敏装置能够确定多个同时触摸事件的位置。在一个实施例中，光触敏装置包括通过光触敏装置上的表面上的光导与光耦合组件耦合在一起的多个发射器和检测器。波导在显示器的表面的上方延伸，并且具有顶表面以及底表面，每个发射器产生在波导内经由全内反射传输的并且通过检测器接收的光束。波导的顶表面上的触摸事件干扰该光束，并且基于该干扰从而确定这些触摸事件。触敏装置进一步包括介于波导的底表面和显示器的表面之间的中间层，其中中间层保持(preserve)波导中的光束的传播并且对于可见光是透明的。
[0009]在一个实施例中，光触敏装置进一步包括至少一个框架区，每个框架区包括深色墨层和覆盖层。深色墨层对可见光不透明。覆盖层介于波导的底表面和深色墨层之间，这保持了波导中光束的传播并且其对可见光透明。
[0010]在一个实施例中，光触敏装置进一步包括至少一个死区。每个死区包括具有顶表面和底表面的覆盖层。覆盖层的底表面被物理地耦合至波导的顶表面。覆盖层保持了波导中传播的光束并且使死区对在覆盖层的顶表面上的触摸敏感。覆盖层的顶表面可以被物理地耦合至视觉标定死区的深色墨层。
[0011]在一个实施例中，光触敏装置进一步包括至少一个固定的图形区用于显示固定的图形。每个固定的图形区包括被耦合在中间层之下的深色墨层。该深色墨层对可见光是不透明的，并且通过波导查看时，将形状给予固定图形。当在与固定的图形区相对应的触敏表面的区域中接收触摸事件时，光触敏装置被配置为执行与那些固定图形相关联的预定功會K。
【附图说明】
[0012]图1是根据一个实施例的光触敏装置的视图。
[0013]图2是根据一个实施例的用于确定触摸事件的位置的流程图。
[0014]图3A-3B示出了与光束交互的触摸的受阻TIR机制。
[0015]图3C示出了与增强传输的波束交互的触摸。
[0016]图4A-4C是不同形状波束轨迹(footprint)的顶视图。
[0017]图5A-5B是示出了由发射器和检测器覆盖的有源区的顶视图。
[0018]图6是包括侧耦合的光耦合器组件的光触敏装置的侧视图。
[0019]图7是包括边缘耦合的光耦合器组件的光触敏装置的侧视图。
[0020]图8A-8B是包括侧耦合的光耦合器组件和显示模块的光触敏装置的顶视图。
[0021]图9是包括侧耦合的光耦合器组件的光触敏装置的透视图。
[0022]图1OA是具有显示器和波导之间的空隙的光触敏装置的侧视图。
[0023]图1OB是具有增强波导的光触敏装置的侧视图。
[0024]图1OC是具有增强波导的其中光束通过中间层从而到达发射器/检测器的光触敏装置的测试图。
[0025]图1lA是具有使用红外线(IR)墨层的框架的光触敏装置的顶视图。
[0026]图1lB是具有使用IR墨层的框架的光触敏装置的侧视图。
[0027]图12A-12C是示出了由IR墨层和深色墨层组成的框架的光触敏装置的侧视图。
[0028]图13是示出了由IR黑色光耦合器和深色墨层组成的框架的光触敏装置的侧视图。
[0029]图14是示出了死区的光触敏装置的侧视图。
[0030]图15A是示出了固定图形区的光触敏装置的顶视图。
[0031]图15B是示出了固定图形区的光触敏装置的侧视图。
[0032]图16示出了制造具有使用IR墨层和深色墨层的框架的光触敏装置的一系列步骤。
[0033]图17示出了制造具有使用IR黑色光耦合器和深色墨层的框架的光触敏装置的一系列步骤。
【具体实施方式】
[0034]A.装置概述
[0035]图1是根据一个实施例的光触敏装置100的视图。光触敏装置100包括控制器110、发射器/检测器驱动电路120、以及触敏表面组件130。表面组件130包括在其之上触摸事件将被检测的有源区131。为了方便起见，有源区131有时可以被称为有源表面或表面，由于有源区自身可以完全是无源结构诸如光学波导。组件130还包括沿着有源区131的周边布置的发射器和检测器。在这个示例中，存在被标记为Ea-EJ的J个发射器以及别标记为Dl-DK的K个检测器。装置还可以包括触摸事件处理器140，其可以被实施为控制器110的一部分或被分开显示在图1中。标准的API可以被用于与触摸事件处理器140通信，例如在触摸事件处理器140和控制器110之间，或在触摸事件处理器140和被连接至触摸事件处理器的其他装置之间。
[0036]发射器/检测器驱动电路120用作控制器110和发射器Ej和检测器Dk之间的界面。发射器产生由检测器接收的光“束”。优选地，由一个发射器产生的光通过多于一个检测器来接收，并且每个检测器从超过一个发射器接收光。为了方便起见，“束”是指从一个发射器到一个检测器的光线，即使它可以是去往许多检测器的大量的光的一部分而非单独的束。从发射器Ej到检测器Dk的束将被称为束jk。图1如示例的明确地标记束al，a2，a3，el和ek。有源区131内的触摸将干扰某些束，由此改变了检测器Dk处所接收的束。关于这些改变的数据被传递至触摸事件处理器140，该处理器140会分析该数据从而确定表面131上的触摸事件的(多个)位置(和时间)。
[0037]B.过程概述
[0038]图2是根据一个实施例的用于确定触摸事件的位置的流程图。将使用图1中的装置来示出该过程。过程200被粗略地划分为2个阶段，其将被称为物理阶段210和处理阶段220。概念地，两个阶段间的划分线是一组透射系数Tjk。
[0039]透射系数Tjk是与如果不存在与光波束交互的触摸事件时被传输的作比较的从发射器j到检测器k的光波束的透射率。
[0040]这种具体检测的使用完全是示例。其他的检测可以被使用。具体来说，由于我们对中断的波束最感兴趣，因此逆检测诸如(1-Tjk)可以被使用，由于它通常是O。其他的示例包括吸收，衰减，反射或散射的检测。此外，尽管图2使用Tjk作为物理阶段210和处理阶段220之间的划分线从而被解释，仍然不用要求明确地计算Tjk。并且不要求物理阶段210和处理阶段220之间的清楚的划分。
[0041]回到图2，物理阶段210是从物理安装确定Tjk的过程。处理阶段220从Tjk确定触摸事件。图2中显示的模型是概念上有用的因为它稍微分离了物理安装与潜在的来自随后处理的物理机制。
[0042]例如，物理阶段210产生了透射系数Tjk。针对触敏表面组件130的许多不同的物理设计是可能的，并且不同的设计折衷将取决于终端应用而被考虑。例如，发射器和检测器可以是较窄的或较宽的，较窄角度的或较宽角度的，不同波长的，不同功率的，一致的或不一致的等。作为另一个示例，不同类型的多路技术可以被使用以允许来自多个发射器的波束从每个检测器被接收。
[0043]框210的内部显示了过程210的一个可能的实施方式。在这个示例中，发射器发射波束至多个检测器212。行进穿过触敏表面的某些波束被触摸事件干扰。检测器以多路光的形式从发射器接收波束214。接收的波束被多路分配以将单独的波束jk彼此区分216。针对每个单独波束jk的透射系数Tjk随后被确定218。
[0044]处理阶段220还可以按照不同的方式被实施。候选触摸点，线成像，位置插值，触摸事件模板和多通道的方式是可以被使用作为处理阶段220的部分的技术的所有示例。
[0045]I1.物理安装
[0046]触敏装置100可以以若干不同的方式被实施。下面是设计变化的一些示例。
[0047]A.电子
[0048]关于电子方面，注意，图1在本质上是示范性和功能性的。来自图1中的不同盒子的功能可以一起被实施在相同的组件中。
[0049]B.触摸交互
[0050]可以使用针对与光波束交互的触摸的不同机制。一个示例是受阻全内反射(TIR)。在受阻TIR中，光波束通过全内反射被限制到光波导并且触摸交互以某些方式干扰了全内反射。图3A-3B示出了针对与光波束302交互的触摸的受阻TIR机制。
[0051]触摸交互还可以是直接的或间接的。在直接的交互中，触摸对象304(例如，手指或尖笔)是与光波束302交互的对象。例如，手指可以具有比空气高的折射率，因此当手指进入到与波导的顶表面306的直接交互中时，使TIR受阻，在直接交互中，触摸对象与中间对象交互，该中间对象与光波束交互。例如，手指可以使高指数对象开始与波导接触，这可以使波导周边材料的折射率改变。
[0052]注意，触摸交互的某些类型可以被使用以检测除了触摸的存在以外的压力或触摸速度。还注意到，某些触摸机制可以提高传输，代替或除此之外减少传输。图3C示出了与增强传输的光束交互的触摸。为简单起见，在本说明书的其余部分，触摸机制将被认为是主要的阻止(blocking)性质，这意味着从发射器到探测器的波束将部分或全部被中间的触摸事件阻止。这不是必需的，但是其便于说明各