专利名称：透射体的制作方法
技术领域：
在特定实施例中，本发明涉及输入设备，具体涉及光学触摸输入设备。在其他实施例中，本发明涉及用于照亮显示器的装置。在另一实施例中，本发明涉及组合的输入设备和用于照亮显示器的装置。然而，将认识到，本发明不限于这些具体应用领域。
背景技术：
在整个说明书中，任何对现有技术的讨论不应被认为是承认这种现有技术是公知的或形成本领域的公知常识的一部分。
用于计算机或其他消费电子设备(如移动电话、个人数字助理(PDA)和手持游戏机)的触摸输入设备或传感器，由于其相对便于使用而非常令人期待。过去，已经使用了各种方法来提供触摸输入设备。最常见的方法是使用柔性电阻性覆盖层，尽管这种覆盖层容易损坏，可能导致眩光问题，并且往往使下方的屏幕暗化，需要使用额外的功率来补偿这种暗化。电阻性设备还对湿度敏感，并且电阻性覆盖层的成本与周长的平方成比例。另一种方法是电容性触摸屏，这也需要覆盖层。在这种情况下，覆盖层一般更加耐久，但是眩光和暗化问题仍然存在。
在另一种常见方法中，在显示器前方建立红外光束的矩阵，其中通过一个或多个光束的中断来检测触摸。长期以来，这种"光学"触摸输入设备已为人所知(见美国专利No. 3,478,220禾卩US 3，673，327)，
14其中光束由光源(如发光二极管(LED))阵列产生并由相应的检测器(如光电晶体管)阵列来检测。它们具有无覆盖层的优点并且可以在
各种环境光条件下工作(美国专利No. 4,988,983)，但是由于其需要大量源和检测器组件以及支持电子元件，因此具有显著的成本问题。由于这种系统的空间分辨率取决于源和检测器的数目，因此该组件成本随显示器大小和分辨率而增大。通常，光源和检测器跨过显示器彼此相对，尽管在一些情况下(例如在美国专利No. 4，517，559、US 4,837,430和US 6,597,508中公开的情况下)，它们位于显示器的同一侧，其中返回光路由显示器相对侧的反射器来提供。
在美国专利No. 6，351，260、 US 6,181,842和US 5,914,709中公开了一种基于集成光波导的备选的光学触摸输入技术。图1中示出了这种设备的基本原理。在这种设计中，集成光波导IO将来自光源11的光传导至集成的面内透镜16，透镜16对显示器和/或输入区域13的平面中的光进行准直，并发射跨过该显示器和/或输入区域13的光束12的阵列。该光由位于显示器和/或输入区域另一侧的第二组集成面内透镜16和集成光波导14收集，并被传导至位置敏感(即多元件)检测器15。触摸事件(例如由手指或触笔进行)切断一个或更多光束并被检测为阴影，其位置根据触摸物体所阻挡的特定光束来确定。这就是说，在每一维中可以对任何物理阻挡物的位置进行标识，使得能够将用户反馈输入至设备。优选地，该设备还包括外部垂准透镜(VCL) 17，在输入区域的每一侧上与集成面内透镜相邻，用于沿与输入区域的平面垂直的方向对光进行准直。
如图1所示，触摸输入设备通常是二维而且是矩形的，其中"发射"波导10的两个阵列(X,Y)沿输入区域的相邻边，"接收"波导14的两个相应阵列沿输入区域的另外两边。作为发射侧的一部分，在一个实施例中，经由某种形式的分光器18 (如1XN树形分光器)，将来自单一光源ll (如LED或垂直腔面发射激光器(VCSEL))的光分布至形成X和Y发射阵列的多个发射波导10。 X和Y发射波导通常布置在L形基板19上，X和Y接收波导布置在相似的L形基板上，使得可以使用单个源和单个位置敏感检测器来覆盖X和Y维。然而，在备选实施例中，可以针对X和Y维中的每一个使用分离的源和/或检测器。此外，可以使用在所使用的光波长下是透明(至少在光束12通过的那些部分)的边框(bezel)结构可以保护波导不受环境影响，并且波导可以并入附加的透镜特征(如上述VCL)。通常，感测光是在近IR，例如850nm附近，在这种情况下，边框优选地对可见光不透明。
为了简单起见，在图1中每一维仅示出了4对发射和接收波导。一般而言，每一维将有更多对，这些对紧密间隔，使得光束12实质上覆盖输入区域13。
与具有成对的源和检测器阵列的触摸输入设备相比，由于所需光源和检测器的数目大大减少，基于波导的设备具有显著的成本优势。然而，它们仍具有许多缺点。
首先，由于在如移动电话、手持游戏机和个人数字助理(PDA)之类的消费电子设备中，触摸功能日益普遍，因此存在不断降低成本的要求。即使使用相对便宜的波导材料和制造技术(如通过光刻或模塑工艺图案化的固化聚合物)，发射和接收波导阵列仍构成触摸输入设备成本的显著部分。其次，存在信噪比问题由于发射波导较小(典型地，它们具有方形或矩形的截面，截面边长在10pm数量级)，因此难以将大量"信号"光从光源耦合到发射波导中。由于接收波导仅捕获一部分这种光，因此系统作为整体容易受到来自环境光的"噪声"的影响，尤其是在明亮的日光下使用的情况下。第三，由于设备使用离散光束12，因此在组装期间，需要对发射和接收波导进行仔细对准。类似的对准要求适用于具有离散源和检测器阵列的较老的光学触摸输入设备。
对图1所示的基于波导的触摸输入设备的观察表明在接收波导14上对触摸物体的位置信息进行编码；即物体的位置是由接收较少的光或不接收光并将该状况传递至多元件检测器15的相应元件的特定接收波导来确定的。发射侧较不重要，可以使用沿X和Y方向传播的两面光来代替离散光束12的栅格。
美国专利No. 7,099,553中公开并在图2中示意性示出的备选配置在仍使用最小数目的光源的同时，通过将发射波导替换为单一 "体光 学"波导(其形式为具有多个反射面22的光导管21)来提供光面。
在操作中，可选地在透镜23的辅助之下，将来自光源ll的光进入光 导管21的输入面中，并且该光由反射面22偏转，产生横穿输入区域 13朝向接收波导14的光面45。如图2所示，光导管21是一种L形 物品，包含输入区域13的两个"发射边"，其顶点处具有转向镜24。 在一种较小的变化中，可以针对每个发射边具有分离的、实质上线性 的光导管。有利地，光导管21可以包括通过例如注模而形成的聚合物 材料，并且因此在制造上将比波导阵列便宜许多。还将认识到，由于 光导管21是"体光学"组件，因此，将高效地、相对直接地将光从光 源11耦合到光导管21中，从而提高了信噪比。
如US 7,099,553所述，光导管21的输出面25的形状可以具有圆 柱曲率，以形成沿垂直(即面外)方向对光面45进行准直的透镜26， 不需要任何单独的垂直准直透镜。这将进一步减小材料单，也可能减 小组装成本。
具有多个反射面的光导管常用于分布来自单一光源的光，以用于 照明目的(见例如美国专利No. 4.068,121)。此外，例如在美国专利 No. 5,050,946中公开的，已知二维版本(如在一个面上具有多个反射 面的实质上平面的光导板)用于显示器背光。在多数已知的光导管和 光导板中，沿外边缘或表面形成反射面。US 7,099,553中公开的光导 管21具有相当不同的形式，其中面22本质上在光导管体的内部，并 且在高度上递增，使得每个面仅反射在光导管内引导的一小部分光。 这种设计的优点在于，光导管的宽度27相对较小，这对于触摸输入设 备很重要，在触摸输入设备中，围绕显示器的"边框宽度"不应过大。 然而，其显著缺点在于设计复杂，许多尖角和凹部极难通过注模来精 确重现。第二个问题在于，与公知的单缝衍射原理类似，从面反射出 的光束的发散角将依赖于该面的高度。因此，在光导管21中，面22 的高度递增将导致反射光束沿面外方向具有逐渐变化的发散，使得简 单的柱面透镜26不能完全对光面45进行准直。
在美国专利No. 4,986,662中公开了一种更加简单的光学触摸输入设备，其中使用最小数目的光源来产生感测光面。如图2A所示，触
摸输入设备包括矩形框架91，沿其两边有光源11和检测器56的阵列， 在相对的两边上有抛物面反射器92。从每个光源发出的光35穿过输 入区域b，向相应抛物面反射器传播，并穿过输入区域被反射回来作 为X和Y维上的光面45。不幸的是，这种简单配置的缺点在于，在 输入区域的许多部分中，触摸物体60将阻挡输出光35，使检测算法 更加复杂。
本发明的目的是克服或改善现有技术的至少一个缺点，或提供一 种有用的备选方案。
发明内容
根据第一方面，本发明提供了一种用于输入设备的透射体，所述
透射体包括
准直元件，适于对光信号进行实质上准直；以及
重定向元件，适于实质上对光信号进行重定向，
其中，所述元件被布置为接收实质上平面光信号，并对所述光信 号进行准直和重定向，以产生实质上准直的平面信号。
优选地，所述元件被布置为接收实质上平面光信号，并对所述光 信号进行准直、重定向和透射，以产生实质上准直的平面信号。优选 地，所述元件被布置为接收在第一平面中传播的实质上平面光信号， 并将所述光信号作为实质上准直的平面信号重定向至与第一平面不同 的第二平面。在一个实施例中，第一和第二平面实质上是平行的。在 另一实施例中，将所述实质上准直的平面信号重定向至与第一平面实 质上平行并间隔开的一个或多个平面。在又一实施例中，向所述实质 上平面光信号的源重定向所述实质上准直的平面信号。
在根据第一方面的优选实施例中，所述透射体由单一片塑料材料 形成，所述塑料材料对光谱的红外或可见区域的光实质上透明，并且 可选地对环境可见光不透明。
在一个实施例中，根据第一方面的透射体可以接收具有实质上平 面形式的光信号。在另一实施例中，根据第一方面的透射体可以从多个光源(如LED阵列)接收光。在又一实施例中，根据第一方面的透
射体可以从冷阴极荧光灯(CCFL)接收光。
根据第二方面，本发明提供了一种用于输入设备的透射体，所述
透射体包括
(a) 透射元件，适于接收、限制和透射平面形式的光信号；以及
(b) 准直和重定向元件，适于对光信号进行实质上准直和重定向； 其中，所述元件被布置为从光源接收光信号，并对所述光信号进
行透射、准直和重定向，以产生实质上平面形式的实质上准直的信号。 根据第三方面，本发明提供了一种用于输入设备的透射体，所述 透射体包括
(a) 透射元件，适于接收、限制和透射平面形式的光信号；
(b) 准直元件，适于对光信号进行实质上准直；以及
(c) 重定向元件，适于重定向光信号，
其中，所述元件被布置为从光源接收光信号，并对所述光信号进 行透射、准直和重定向，以产生实质上平面形式的实质上准直的信号。
优选地，所述透射元件实质上是平面的，如具有平板的形式。然 而，将认识到，在以下条件下，所述透射元件可以具有任何形式1) 所述透射元件适于从光源接收光信号，2)所述透射元件适于透射平面 形式的信号，以及3)所述透射元件将光信号限制在其外围之内。在 一个优选实施例中，光源是发散光的点光源(如以下进一步讨论的)， 光耦合至实质上平面的透射元件，使得将光限制在透射元件的窄维度 中，而在透射元件的宽维度中自由发散。所述准直元件和/或重定向元 件沿与光源相对的一侧跨越透射元件的整个宽度，并且理想地，光在 透射元件内充分布散，以"充满"该相对侧。如果需要，可以插入透 镜以确保上述情况发生。
在一个实施例中，在与透射元件(如果存在)或所接收的实质上 平面光信号实质上共面的平面中对所透射的实质上准直的平面信号进 行重定向。例如，可以将准直后的平面信号重定向至透射体的一侧。 然而，在备选实施例中，将实质上准直的平面信号重定向至与透射元 件实质上平行并间隔开的一个或多个平面。在该实施例中，可以将准
19直的平面信号向着光源或远离光源定向返回。尽管对整个实质上准直 的平面信号进行重定向是优选地，但是可以想到另外的实施例，其中 仅对实质上准直的平面信号的一部分(或多个部分)进行重定向。在 优选实施例中，将实质上准直的平面信号重定向至自由空间。在备选 实施例中，将实质上准直的平面信号重定向至平面波导。如果在与透 射元件实质上平行的平面中重定向实质上准直的平面信号，则该平面 波导可以与透射元件集成。
在优选实施例中，准直元件和/或重定向元件是反射器或透镜的形 式。然而，准直元件和/或重定向元件可以是多个准直元件和重定向元 件，适于从单一光源产生平面形式的多个实质上准直的信号。
优选地，光源是发射发散光信号的点光源，例如LED。在这种情 况下，优选地，准直元件是实质上抛物面反射器或实质上椭圆的透镜， 被形成和放置为使其焦点与光源实质上重合。本领域技术人员将认识 到，上述配置使本发明的透射体能够提供将发散的光信号准直为实质 上平行的光线，即提供对光信号的准直。
根据实施例，透射体可以形成为单体或多体。例如，对于根据第 一方面的实施例，透射体可以是单体或成对体。对于根据第二或第三 方面的实施例，透射体可以是
1) 单体，包括所有三个准直、重定向和透射元件，
2) 成对体，其中一个体包括准直、重定向和透射元件中的任意两 个，而另一个体包括剩余的元件，或者
3) 三元体，其中每个体仅包括准直、重定向和透射元件之一。 在优选实施例中，准直元件和重定向元件在光学上均位于透射元
件的下游。然而，将认识到，准直元件和重定向元件之一或两者在光 学上可以位于透射元件的上游。然而，本领域技术人员将知晓，在后 一种实施例中，光源的相对定位和指向精度需要明显更大的精度，以 确保透射充分数量的光信号并且充分对光信号进行准直。
在第一构造中，提供了单一光源，该光源光耦合至根据第一方面 的透射体。将认识到，透射体提供单一面或片实质上准直的平面光信 号。然后可以将该实质上准直的平面信号定向至用于检测输入的一个或多个光检测元件；所述输入通过准直的平面信号的中断来确定。
在另一构造中，可以包括一对光源，所述一对光源在透射元件的 相邻边上，彼此实质上垂直地定向。也可以在透射元件的与每个光源 相对的边上提供成对的准直和重定向元件，从而提供沿实质上垂直的 方向传播的一对实质上准直的平面信号。在一个实施例中，这些准直 的平面信号共面，然而，这些准直的平面信号可以在相互间隔开的平 行平面中。
在又一构造中，单一光源光耦合至透射元件，提供成对的准直和 重定向元件并将其放置为产生一对实质上准直的平面信号，在一种布 置中，所述一对实质上准直的平面信号沿实质上垂直的方向传播。同 样，这样的准直的平面信号可以共面或在相互间隔开的平行平面中。
将认识到，显示器可以放置在实质上准直的平面信号和透射元件 之间，或者，在透射元件透明的情况下，显示器可以放置在透射元件 的与实质上准直的平面信号相对的一侧。在后一种实施例中，透射元 件本身形成触摸表面。
在又一中构造中，单一光源光耦合至透射元件，准直和重定向元 件将光重定向至在透射元件表面上提供的平面波导。在本实施例中， 平面波导形成触摸表面，并且由平面波导所引导的光量的减小来确定 输入。
根据第四方面，本发明提供了一种用于输入设备的信号产生设备， 包括
光源，用于提供光信号；以及 透射体，包括
(a) 透射元件，适于接收、限制和透射平面形式的所述光信号；
(b) 准直元件，适于对所述光信号进行实质上准直；以及
(c) 重定向元件，适于重定向所述光信号，
其中，所述元件被布置为接收所述光信号，并对所述光信号进行 透射、准直和重定向，以产生实质上平面形式的实质上准直的信号。 根据第五方面，本发明提供了一种输入设备，包括 光源，用于提供光信号；以及(a) 透射元件，适于接收、限制和透射平面形式的光信号；
(b) 准直元件，适于对所述光信号进行实质上准直；以及
(c) 重定向元件，适于重定向所述光信号，
其中，所述元件被布置为接收所述光信号，并对所述光信号进行 透射、准直和重定向，以产生实质上平面形式的实质上准直的信号， 将所述实质上准直的平面信号引导至用于检测输入的至少一个光检测 元件。
光检测元件适于接收实质上准直的平面信号的至少一部分以检测 输入。优选地，光检测元件包括与至少一个检测器进行光通信的至少 一个光波导。
在优选实施例中，所述透射体由对信号光实质上透明的单一片塑 料材料形成。优选地，所述信号光在光谱的红外区域，在这种情况下， 塑料材料可选地对环境可见光不透明。在这些实施例中，优选地，透 射体是注模的。然而，将认识到，透射体或甚至透射体的部分(如透 射元件、准直元件和/或重定向元件)可以由其他材料(如玻璃)制成 并且光学接合在一起。在一个特别优选的实施例中，透射元件由玻璃 组成，并且准直和重定向元件一起由单一片注模的塑料材料组成。
根据第六方面，本发明提供了一种用于产生实质上准直的平面形
式的光信号的方法，所述方法包括以下步骤
从光源提供光信号；
接收、限制和透射平面形式的光信号；
对光信号进行实质上准直；以及
重定向光信号。
优选地，实质上平面的透射元件限制和透射平面形式的光信号， 准直元件对平面形式的光信号进行校准，以及重定向元件重定向实质 上准直的平面信号。在这一方面，透射元件、准直元件和重定向元件 限定了透射体。
优选地，根据第六方面的方法还包括以下步骤将实质上准直的
平面信号重定向至与透射元件实质上平行的平面。优选地，所述方法
还包括以下步骤将实质上准直的平面信号重定向至与透射元件实质上平行并间隔开的一个或多个平面。在一个实施例中，所述方法包括 以下步骤将实质上准直的平面信号重定向返回光源，所述光源是提 供发散光信号的点光源。准直元件可以包括一个或多个实质上抛物面 反射器，或者一个或多个实质上椭圆的透镜，其中，所述一个或多个 实质上抛物面反射器或实质上椭圆的透镜中的每一个被形成和放置 为，使其焦点与点光源实质上重合。
在另一实施例中，所述方法包括以下步骤提供一对光源和相应 成对的准直元件和重定向元件，以提供沿实质上垂直的方向传播的一 对实质上准直的平面信号。
在另一实施例中，所述方法还包括以下步骤提供单一光源和成 对的准直元件和重定向元件，以提供沿实质上垂直的方向传播的一对 实质上准直的平面信号。 '
根据第七方面，本发明提供了一种用于产生实质上准直的平面形 式的光信号的方法，所述方法包括以下步骤
(a) 从光源提供光信号；以及
(b) 将光源光耦合至根据第一、第二或第三方面的透射体。 本发明提供了优于现有技术的显著优点。例如，现有技术设备的
一个显著问题涉及需要在输入区域的平面上将发射机与接收机对准，
不论发射机和接收机是如US 3,478,220中的离散光学组件还是如US 5,914,709中的波导。相反，由于本发明的发射信号是一面/片实质上 准直的光(优选地在自由空间中，但是备选地在平面波导内引导)，因 此现在不需要在该平面中将接收机与发射机对准。每个接收机只是接 收被导向至该接收机和任何相邻接收机的一部分光，并将这面光的中 断记录为输入。
根据第八方面，本发明提供了一种用于输入设备并用于照亮显示 器的组件，所述组件包括根据第二或第三方面的透射体，用于向所 述输入设备提供光信号；以及分布元件，与所述透射元件相邻，用于 接收来自光源的光并将光分布至所述显示器，从而照亮所述显示器。
根据第九方面，本发明提供了一种用于输入设备并用于照亮显示 器的组件，所述组件包括透射体，所述透射体包括透射元件，所述
23透射元件适于从光源接收光信号并限制和透射实质上平面形式的所述 光信号至准直和重定向元件，所述准直和重定向元件适于对所述实质 上平面光信号进行实质上准直和重定向，以向所述输入设备提供所述 信号；以及分布元件，与所述透射元件相邻，用于接收来自光源的光 并将光分布至所述显示器，从而照亮所述显示器。
优选地，在所述透射元件和分布元件之间布置覆盖层，以减少从 分布元件泄漏进入透射元件的光，并减少从透射元件泄漏进入分布元 件的光信号。
在一个实施例中，分布元件被放置为，使得用于向分布元件提供 光的光源和用于向透射元件提供光信号的光源被放置在透射元件的同 一侧。在备选实施例中，分布元件被放置为，使得用于向分布元件提 供光的光源和用于向透射元件提供光信号的光源彼此位于透射元件的 相对侧。
优选地，所述光信号包括来自光谱的红外区域的一个或多个预定 波长，并且所述光包括来自光谱的可见区域的一个或多个预定波长。 在备选实施例中，光信号和光分别包括来自光谱的可见区域的一个或 多个预定波长。
在一个实施例中，显示器被放置在透射元件上方。然而，显示器 可以被放置在透射元件下方。
用于提供光的光源可以是冷阴极荧光灯或LED阵列，用于提供光 信号的光源可以是LED或LED组。
根据第十方面，本发明提供了一种用于输入设备并用于照亮显示 器的组件，所述组件包括根据第二或第三方面的透射体； 一个或多 个光源，用于产生光，所述光源位于所述透射体下方，从而通过所述 透射元件照亮所述显示器。
根据第十一方面，本发明提供了一种用于输入设备并用于照亮显 示器的组件，所述组件包括透射体，所述透射体包括透射元件，所 述透射元件适于从光源接收光信号并限制和透射实质上平面形式的所 述光信号至准直和重定向元件，所述准直和重定向元件适于对所述实 质上平面光信号进行实质上准直和重定向； 一个或多个光源，用于产生光，所述光源位于所述透射体下方，从而通过所述透射元件照亮所述显示器。
优选地，所述组件还包括布置在一个或多个光源与透射元件之间的覆盖层，用于减少从透射元件泄漏进入一个或多个光源的光，或用于减少透射元件中的光信号与一个或多个光源之间的互作用，其中，
所述一个或多个光源是LED。LED可以产生来自光谱的可见区域的一个或多个预定波长。优选地，显示器被放置在透射元件上方。
根据第十二方面，本发明提供了一种用于产生用于输入设备的信号并用于照亮显示器的方法，所述方法包括以下步骤从光源提供光信号；接收、限制和透射平面形式的所述光信号；对所述光信号进行实质上准直；从光源提供光；以及接收所述光并将所述光分布至所述显示器，从而照亮所述显示器。
根据第十三方面，本发明提供了一种用于产生用于输入设备的信号并用于照亮显示器的方法，所述方法包括以下步骤将根据第一、第二或第三方面的透射体与用于向所述输入设备提供光信号的光源光耦合；将分布元件与所述透射体耦合；以及将所述分布元件与用于提供光的光源光耦合，以照亮所述显示器。
根据第十四方面，本发明提供了一种用于产生用于输入设备的信号并用于照亮显示器的方法，所述方法包括以下步骤从光源提供光信号；接收、限制和透射平面形式的所述光信号；对所述光信号进行实质上准直；重定向所述实质上准直的光信号用于所述输入设备；从一个或多个光源提供光；以及将所述光分布至所述显示器，从而照亮所述显示器。
根据第十五方面，本发明提供了一种用于照亮显示器的组件，所述组件包括透射体，所述透射体包括透射元件，所述透射元件适于接收、限制和透射实质上平面形式的光到准直和重定向元件中，所述准直和重定向元件适于对所述实质上平面光进行实质上准直和重定向；以及分布元件，适于接收所述实质上平面的准直的光，并将所述实质上平面的准直的光分布至所述显示器，从而照亮所述显示器。
根据第十六方面，本发明提供了一种用于照亮显示器的组件，所述组件包括根据第一、第二或第三方面的透射体，光耦合至分布元件，所述分布元件适于将所述实质上平面的准直的光分布至所述显示器，从而照亮所述显示器。
根据第十七方面，本发明提供了一种用于照亮显示器的方法，所述方法包括以下步骤从光源提供光；接收、限制和透射实质上平面
形式的所述光；对所述光进行实质上准直和重定向；以及将所述实质
上平面的准直的光分布至所述显示器，从而照亮所述显示器。根据第十八方面，本发明提供了一种使用来自光源的光来照亮显
示器的方法，所述方法包括以下步骤将所述光源与根据第一、第二或第三方面的透射体光耦合；以及将所述透射体与分布元件光耦合，所述分布元件用于将所述实质上平面的准直的光分布至所述显示器，从而照亮所述显示器。
根据第十九方面，本发明提供了一种用于输入设备并用于照亮显示器的透射体，所述透射体包括透射和分布元件，适于接收、限制和透射实质上平面形式的光信号的第一部分至重定向元件，所述重定向元件适于重定向所述实质上平面光信号用于所述输入设备，其中，所述透射和分布元件同时将所述光信号的第二部分分布至所述显示器，从而照亮所述显示器。
在根据第十九方面的透射体的一个实施例中，显示器可以被放置在透射和分布元件上方，然而在备选实施例中，显示器可以被放置在透射和分布元件下方。在相关实施例中，用于输入设备并用于照亮显示器的透射体还可以包括位于透射和分布元件上方的对光信号透明的触摸表面。
根据第二十方面，本发明提供了一种用于输入设备并用于照亮显示器的组件，所述组件包括透射元件，适于接收、限制和透射实质上平面形式的光至重定向元件，所述重定向元件适于重定向所述实质上平面光的第一部分用于所述输入设备，并重定向所述实质上平面光的第二部分，以同时将所述光提供给照亮分布元件用于照亮所述显示器。
在根据第二十方面的组件的一个实施例中，显示器和分布元件可以被放置在透射元件上方。备选地，显示器可以位于透射元件下方，而分布元件位于透射元件上方。在相关实施例中，所述组件还可以包括位于分布元件上方的对所述光透明的触摸表面。所述光可以由冷阴极荧光灯或LED阵列提供。
根据第二十一方面，本发明提供了一种用于产生用于输入设备的信号并用于照亮显示器的方法，所述方法包括以下步骤从光源提供光；接收、限制和透射平面形式的所述光；重定向所述实质上平面光
的第一部分用于所述输入设备，同时将所述实质上平面光的第二部分分布至所述显示器，从而照亮所述显示器。
根据第二十二方面，本发明提供了一种用于产生用于输入设备的
信号并用于照亮显示器的方法，所述方法包括以下步骤从光源提供光；接收、限制和透射平面形式的所述光；重定向所述实质上平面光的第一部分用于所述输入设备，并重定向所述实质上平面光的第二部分以同时将所述第二部分分布至所述显示器，从而照亮所述显示器。
根据第二十三方面，本发明提供了一种用于输入设备的组件，包括透射元件，适于从光源接收光信号，并限制和透射实质上平面形式的所述光信号至根据第一方面的透射体，从而对所述光信号进行准直和重定向以产生实质上准直的平面信号。
根据第二十四方面，本发明提供了一种用于输入设备的信号产生设备，包括光源，用于提供准直的信号；以及透射体，用于捕获和重定向实质上平面形式的所述准直的信号。在一个实施例中，信号源是点源。然而，在另一实施例中，信号源是线源。优选地，信号源产生准直的光信号。优选地，透射体包括重定向元件，用于接收和重定向光信号。优选地，透射体包括准直元件，用于接收和准直光信号。优选地，透射体包括透射元件，用于捕获和透射平面形式的光信号。
除非上下文明确要求，否则在整个说明书和权利要求书中，词语"包括"等应被解释为包含意义而不是排除或穷尽意义；即具有"包括但不限于"的意义。
除了在操作示例中或在另外指明之处，这里使用的所有表示数量的数字应被理解为在所有示例中使用"大约" 一词来修改。这些示例并不意在限制本发明的范围。
现在参照附图，仅以示例方式来描述本发明的优选实施例，附图
中
图1示出了现有技术的基于波导的光学触摸输入设备的平面图2示出了包括发射侧上的光导管在内的、现有技术的光学触摸输入设备的平面图2A示出了包括抛物面反射器在内的、现有技术的光学触摸输入设备的平面图； -
图3示出了根据本发明第一实施例的透射体的平面图，示为光耦合至光源和所产生的实质上准直的平面信号；
图4是图3所示的装置的侧视图5是图3所示的装置的透视图5A示出了与图3的平面图类似的平面图，但是具有凹入透射元件的光源；
图5B示出了与图3的平面图类似的平面图，但是具有位于透射元件的开槽中的光源；
图6是与图5类似的视图，但是仅示出了被重定向的实质上准直的平面信号的部分；
图6A示出了包括椭圆透镜作为准直元件的透射体的平面图6B示意了椭圆透镜表面处的折射的几何特征；
图7是与图5类似的视图，但是示出了被重定向至两个平面(一个在透射元件下方， 一个在透射元件上方)的实质上准直的平面信号；
图7A是与图4类似的视图，但是示出了被重定向至与透射元件 集成的平面波导的实质上准直的平面信号；
图7B是与图7A类似的视图，但是示出了平面波导与透射元件之间的覆盖层；
图7C是与图4类似的视图，但是示出了实质上准直的平面信号的略微面外发散；图7D是与图7C类似的视图，但是示出了如何将柱面透镜面并入
透射体中，以限制实质上准直的平面信号的面外发散；
图7E是与图7C类似的视图，但是示出了具有不同倾斜的重定向元件；
图8是与图3类似的视图，但是示出了实质上互相垂直定向的一对光源，以及用于提供沿实质上垂直的方向传播的一对实质上准直的平面信号的、相应的成对准直和重定向元件；
图9是图8所示的透射体的截面侧视图，示出了在互相间隔开的实质上平行的平面中传播的实质上准直的平面信号；
图10是透射体的平面图，所述透射体具有单一光源和用于提供沿实质上垂直的方向传播的一对实质上准直的平面信号的、成对的准直和重定向元件；
图11是图IO所示的透射体的侧视图，其中实质上准直的平面信号共面；
图12是与图8类似的视图，但是示出了两个检测器阵列以及触摸
事件对实质上准直的平面信号造成的中断；图13是图12所示的装置的侧视图；图14是图12所示的实施例的备选实施例；
图15是与图14类似的视图，但是示出了触摸事件对实质上准直的平面信号造成的中断；
图16是与图13类似的视图，但是示出了位于透射元件的与实质上准直的平面信号相对侧上的显示器；
图17是与图13类似的视图，但是示出了位于实质上准直的平面信号和透射元件之间的显示器；
图18A、 18B和18C分别是根据第一优选实施例的透射体的平面图、侧视图和透视图19A、 19B和19C分别是根据第二优选实施例的准直/重定向元件的平面图、侧视图和透视图20是包括图19A、 19B和19C的准直/重定向元件在内的透射体的侧视29图21是包括图19A、 19B和19C的准直/重定向元件在内的另一 透射体的侧视图22是具有分段抛物面反射器的透射体的平面图23是具有多个抛物面反射器部分的透射体的平面图24是并入了会聚透镜的透射体的平面图25是并入信号输入的锥形部分的"双程"透射体的平面图26是图25的透射体的侧视图27是通过抛物面反射器发射信号光的"双程"透射体的侧视图； 图28是"零边框高度"透射体的侧视图28A示出了根据本发明实施例的透射体的平面图，示为光耦合 至扩展光源和所产生的实质上平面的信号； 图28B是图28A所示装置的侧视图； 图28C是图28A所示装置的透视图28D是与图28A的平面图类似的视图，但是具有近似扩展光源 的点光源阵列；
图29是典型现有技术背光单元的截面图，采用冷阴极荧光灯 (CCFL)来向分布元件提供光；
图30A和30B是典型的现有技术LED背光系统，即分别为边缘 照亮和背后照亮；
图31是与图29类似的视图，但是将CCFL替换为根据本发明的 透射体；
图32A和32B是与分布元件耦合的、根据本发明的透射体的透视 图，示出了来自单一光源(如LED)的光如何从分布元件分布以照亮 显示器(未示出)；
图33A和33B与图32A和32B类似，但是示出了多次照亮能力；
图34A和34B与图32A和32B类似，但是示出了根据本发明用 于照亮显示器(未示出)的分布元件和透射体的分解图35是与图32B类似的视图，但是示出了被"巻起"至保留空 间的、根据本发明的透射体的透射元件；
图36是图35中所示装置的截面侧视图；图37是图35和36中所示的透射体的透视图，尤其示意了 LED 光源的位置(示出幻像)；
图38是根据本发明的透射体的平面图，示出了有效地用作单一点 光源的多个点光源的集合；
图39是根据本发明的透射体的平面图，示出了向相应的准直和重 定向元件提供光的多个光源的阵列；
图40A是与图8类似的视图40B是与图40A所示的透射体一起使用的、用于提供光以照亮 显示器的分布元件的透视图41A是与图IO类似的视图41B是与图41A (或图40A)所示的透射体一起使用的、用于 提供光以照亮显示器的分布元件的透视图42至45是适合于分布光以用于显示器背后照明和触摸检测的 各种装置的侧视图46至49是适合于分布光以用于显示器正面照明和触摸检测的 各种装置的侧视图；以及
图50是适合于分布光以用于显示器背后照明和触摸检测的另一 装置的侧视图。
具体实施例方式
定义
在描述和要求保护本发明之前，将根据以下所述的定义来使用以 下术语。还应理解，这里使用的术语仅是为了描述本发明的具体实施 例的目的，而不意在作为限制。除非另外限定，这里使用的所有技术 和科学术语具有与本发明所属领域的普通技术人员通常所理解的相同 的意义。
这里，可互换地使用术语平面、面和片。当涉及光信号的物理维 度时，使用这些术语，这些术语意在表示光束的实质上准直或限制， 使得各个光线沿良好限定的、实质上平行的路径行进。优选地，对光 信号进行准直，使得平面/面/片在截面上实质上为矩形。然而，将认识到，本发明不限于该轮廓，其他轮廓(如菱形)也在本发明的范围 内。
在整个说明书中，例如在术语"实质上准直的信号"中，术语"实 质上"应指一种变化程度，该变化程度与本领域技术人员所理解的、 将由这里所述的光学设备中的自然变换而引起的变化程度一致。使用 "实质上" 一词来修饰数或表述仅是一种明确指示，指示该数/表述不 应被解释为精确值。
现在参照附图，贯穿附图，相似的参考数字表示相似的部件。如 之前所提到的，图l所示类型的基于波导的光学触摸屏传感器往往受到 信噪比问题的影响，其中其性能在明亮的环境光条件下将削弱。还需
要降低成本，尤其是在发射波导10和接收波导14的阵列中，并且避免
需要在组装时仔细对准发射和接收波导。
图3、 4和5分别示出了根据本发明第一实施例的、用于输入设备 实质上平面的透射体30的平面图、侧面图和透视图。透射体30包括透 射元件33，适于接收、限制并以平面形式透射来自光源38的光信号35。 透射体30还包括准直元件40，适于对光信号35进行实质上准直；以 及重定向元件42，适于重定向光信号。这些元件被布置为接收光信号 35，并从出射面67将其转换和透射为实质上平面形式的实质上准直的 信号45。将认识到，从光源38发射并被限制在透射元件33内的光信号 35的发散角应当足够大，使得"充满"(即照亮)准直元件40和重定向 元件42的整个宽度。 一般而言，该发散角将充分大使准直和重定向元 件一定程度上被"过充满"，是以一定的光损耗为代价的。
在图5A所示的备选实施例中，光源38位于在透射元件33边缘中形 成的凹部31中。如果需要，凹部31可以特别形成为提供透镜作用，以 确保光信号35在透射元件33内发散，使得"充满"准直元件40和重定 向元件42。备选地或附加地，凹部31还可以包含透明粘合剂32，以固 定光源，并减小反射损耗。在图5B所示的另一备选实施例中，光源38 位于透射元件33中的开槽34中，可选地填充有透明粘合剂32。
优选地，透射体30被设计为使得光信号35经由全内反射(TIR)
32从每个反射面(即准直元件40和重定向元件42)反射出。这要求每个
入射角大于由sin《=n2 /",给出的临界角《，其中巧是组成透射体的材 料的折射率， 是周围介质的折射率。多数聚合物具有 1.5的折射率， 因此如果周围介质是空气(即 1.0)，则《近似为42。。如果不满足
TIR条件，则可以对反射面进行金属化。
在图5所示的实施例中，在与透射元件33实质上平行的平面中重 定向实质上准直的平面信号45，并将其定向返回光源38。然而，在图6 所示的其他实施例中，仅对实质上准直的平面信号45的部分进行重定向。
如图7所示，在又一实施例中，将实质上准直的平面信号45重定 向至两个平面，其中一个在透射元件33下方， 一个在透射元件33上方。 在图7A所示的又一实施例中，将实质上准直的平面信号45重定向至与 透射元件33集成的平面波导91。为了引导该平面信号，平面波导91需 要具有比透射元件更高的折射率。由于这种折射率关系，在透射元件 内引导的光信号35的一部分将耦合到该平面波导中，但是，如果平面 波导比透射元件薄很多，这将是较小的效果。在图7B所示的备选实施 例中，本质上消除了这种耦合，其中平面波导91和透射元件33通过"覆 盖"层92互相隔离，覆盖层92的折射率比平面波导和透射元件的折射 率都低。可以通过现有技术已知的多种方法中的任一种，在透射元件 上产生平面波导和覆盖层，包括液相沉积方法(例如旋转涂覆)、汽相 沉积方法(例如化学汽相沉积)和离子扩散。
优选地，光源38是发射发散光信号的点状光源，例如LED。当光 源38提供发散光信号时，优选地，准直元件40被选择为实质上抛物面 反射器，被形成和放置为，使其焦点与光源实质上重合。这种配置使 本发明的透射体30能够提供将发散光信号35准直为实质上平行的光 线，即准直为光信号45。在图6A所示的备选实施例中，准直元件40是 位于重定向元件42之后的椭圆透镜61，其"远焦点"与光源38实质上 重合。为了参照图6B进行进一步解释，将椭圆限定为平面上的点的轨 迹，在该轨迹中，曲线上的任一点与两个固定点的距离之和为常数， 这两个固定点被称为焦点62和63。从位于平面较高折射率介质64内的点光源38发出的光将进入较低折射率介质66，作为在较高折射率介质
的平面中准直的光束68，只要该较高折射率介质以表面61为界，表面 61是离心率等于两个介质的折射率之比的椭圆的一部分，并且只要点 光源位于远焦点62。本领域技术人员将认识到，术语"远焦点"仅指 远离透镜表面61的焦点。返回参照图6A，将认识到，图6B所示的几何 特征适用，尽管重定向元件42使光源38与椭圆透镜表面61之间的光路 重叠。
本领域技术人员将认识到，"点光源"的概念是一种理想化，这 是由于任何实际光源的发光表面将具有非零尺寸。出于本说明书的目 的，如果光源38的发光表面与透射体30的至少一个维度相比较小，则 光源38将被认为是点状光源。
将认识到，准直元件40应当形成角度，以将光导向重定向元件42。 将认识到，准直元件40和重定向元件42的顺序可以反转。备选地，可 以将准直元件和重定向元件组合为执行准直和重定向功能的单个"准 直/重定向元件"。
优选地，如图4所示，也应当沿垂直方向对实质上准直的平面信 号45进行准直。然而，实际上，如图7所示，信号45通常在垂直方向上 具有一定的发散，尽管发散角相对较小(在10度数量级)，这是由于由 重定向元件42限定的"出射孔径" 一般相当大(在光学方面)，在lmm 数量级。出于本说明书的目的，在垂直方向上具有轻微发散的信号45 仍被认为是平面信号，即光片或面。尽管任何垂直发散将是较为轻微 的，但是发散信号45的一部分可以从透射元件33的顶面反射出，并在 触摸物体周围泄漏，潜在地导致触摸检测的问题(例如通过对图13的 观察显而易见的)。例如通过在出射面67上(如图7D所示)或重定向 元件42上施加合适的柱面曲率，可以减小垂直发散。备选地，如图7E 所示，重定向元件42的倾斜可以被改变，使得发散信号45不从透射元 件33的顶面反射出。
尽管已经将透射元件33描述为矩形面，但是如果需要，可以省略 位于光信号35的发散角之外的区域。
现在参照图8和9，可以在透射元件33的相邻边上提供相互垂直定向的一对光源38。还可以在透射元件33的与每个光源38相对的边上提 供成对的准直元件40和重定向元件42，从而提供沿实质上垂直的方向 传播的一对实质上准直的平面信号45。在图9所示的实施例中，实质上 准直的平面信号45在相互间隔开的平行平面中。在图10和11所示的另 一构造中，在透射元件33的角部附近提供单一光源38，并且在透射元 件33上提供并放置成对的准直元件40和重定向元件42，以提供沿实质 上垂直方向传播的一对实质上准直的平面信号45。在图ll所示的实施 例中，准直的平面信号45共面。
在一些情况下，例如，如果需要一定的"Z轴"敏感性(如触摸 物体的接近速度或角度)，或者为了抵御来自较小物体(如昆虫)的假 触摸，两个实质上准直的平面信号45位于不同平面上是令人期待的。 还将认识到，也可以通过简单地以90。旋转覆盖一对"单轴"透射体 (如图3所示)来实现图8所示的实施例。
现在参照图12和13，本发明还提供了一种触摸输入设备，其中实 质上准直的平面信号45限定了输入区域50，并被定向至用于检测输入 60的至少一个光检测装置55，输入由准直的平面信号45的中断来确定。 光检测装置55适于接收实质上准直的平面信号45的至少一部分以检测
输入。这种形式的触摸输入设备可以找到应用作为例如数字化器片。 在图12和13所示的实施例中，有第一和第二光检测装置55，其中至少 一个包括位于与输入区域的两个"接收"边中的每一个相邻位置的至 少一个单个光检测器56。优选地，第一和第二光检测装置均包括位于 与"接收"边相邻位置的光检测器56的阵列。如果察觉到从光源38至 光检测器56的光泄漏成为问题，则可以通过添加不透明面57来减少该 泄漏。将看到，与图2A的现有技术设备相比，图12和13所示的触摸输 入设备提供了关键优点在于由于在透射元件33内引导输出光35，因 此其不能被触摸物体60阻挡。尽管在一些情况下，接触透射元件的物 体可能干扰输出光35的引导，但是在实际中这是极小的影响。由于透 射元件需要具有足够厚度来提供机械强度(在0.5mm数量级或以上)， 因此它作为体光学光导管来进行操作，其中只有微小部分的输出光可 能向外耦合。如果透射体包括如图7A所示的平面波导91，则这种情况将非常不同。隐失光波导传感器领域的技术人员将认识到，如果平面
波导足够薄以至为单模或"几个模"(在10pm数量级)，则平面波导内
的大量准直信号45将被触摸物体向外耦合。
图14和15提供了对图12和13所示实施例的备选实施例。在本实施 例中，第一和第二光检测装置55中的至少一个包括与远离"接收"边 的多元件检测器15进行光通信的至少一个光波导14。优选地，第一和 第二光检测装置分别包括与公共的多元件检测器15迸行光通信的光波 导14的阵列。备选地，第一和第二光检测装置中的每一个可以具有其 自己的多元件检测器。如现有技术中己知的，每个波导14还可以具有 关联的面内聚焦透镜16，以在水平平面中对光进行聚焦。备选地，如 在美国专利No 7,352,940 (以引用方式并入此处)中公开的，每个波导 可以具有关联的面内聚焦镜，以在水平平面中对光进行聚焦。此外， 参照图l，可以有沿每条接收边的外部垂准透镜17，以在垂直平面中对 光进行聚焦。优选地，波导14将是集成光波导，尽管也可以使用光纤。
与光检测装置55的形式无关，输入区域50内触摸形式的输入60将 阻挡两面光45中每一面光的一部分，允许根据阴影的位置来确定其位 置。将认识到，如果两面光45位于与透射元件33的上表面距离较远的 位置，则显示设备将对"附近触摸"以及对上表面上的直接触摸敏感。 可以有利地使用这种"附近触摸"敏感性，例如用于向以某种其他机 制操作的触摸面板(如电阻性触摸面板)提供附加的"盘旋模式"功 能。
显示器65 (如LCD)可以位于透射元件33的与实质上准直的平面 信号45相对的一侧上(如图16最佳示出的)，或位于实质上准直的平面 信号45与透射元件33之间(如图17最佳示出的)。在前一个示例中，透 射元件33需要是对可见光透明的，并形成触摸表面。
在特定优选实施例中，透射体30由对信号光实质上透明的单片塑 料材料形成。优选地，信号光将在光谱的红外区域，使得透射体可选 地对环境可见光不透明。图18A (平面图)、18B (侧视图)和18C (透 视图)示出了具有实际比例的单一透射体30。该单一透射体包括透射 单元33，具有65mmX82mm的平面尺寸和0.7mm的厚度，并具有用于从点状光源接受光的入射面70和具有两个内部反射面72、 73的准直/ 重定向部分71，以及出射面67，实质上准直的平面信号通过该出射面 67发射。出射面67延伸至透射元件33上方0.7mm。组合的内部反射面 72、 73具有实质上抛物曲率，并用于对由透射元件33引导的光进行准 直和重定向。这就是说，组合的内部反射面用作准直元件和重定向元 件。通过注模，从塑料材料产生该单一透射体相对简单。从与图3、 4 和5的比较将认识到，图18A、 18B和18C中所示的具体透射体将仅产 生沿单一方向传播的准直的信号45。然而，这只是为了示意简单，在 透射元件33的相邻边上产生具有两个准直/重定向部分71的双向版本 是较为直接的。
在其他优选实施例中，透射体被形成为一对体，其中透射元件和 准直/重定向元件单独制造。如图19A (平面图)、19B (侧视图)和19C (透视图)所示，通过注模由塑料材料产生的准直/重定向元件74包括 入射面75，用于接收来自单独的透射元件的光；底座76，用于安装透 射元件；以及如关于图18A、 18B和18C所述的那样工作的两个内部反 射面72、 73和出射面67。在一个具体设计中，入射面75和出射面76均 为65mmX0.7mm，底座76从入射面延伸3mm。在图19B所示的实施例 中，表面73A和73B均与表面73C平行，而在备选实施例中，它们相对 于表面73C均略微形成角度(在1°数量级)，以在反射面72、 73构成 的端处进一步远离该表面。这是为了帮助元件74从模具中脱出，并且 不显著影响该元件的准直/重定向性能。
在一个实施例中，如图19A (平面图)、19B (侧视图)和19C (透 视图)所示的透射体包括入射面，用于接收来自光源的发散光信号； 准直和重定向元件，适于对光信号进行实质上准直和重定向；以及出 射面，用于透射光信号作为实质上平面形式的实质上准直的信号。在 另一实施例中，透射体包括入射面，用于从光源接收发散光；准直 元件，适于实质上准直光信号；重定向元件，适于重定向光信号；以 及出射面，用于透射光信号作为实质上平面形式的实质上准直的信号。 优选地，透射体还包括耦合装置，用于将实质上平面的透射元件光耦 合至入射面，其中，发散光在透射元件的平面中发散。优选地，耦合装置包括底座。优选地，在与透射元件的平面平行的平面中对实质上 准直的平面信号进行重定向。
在另一方面，本发明提供了一种用于输入设备的组件，包括透
射元件33，适于从光源38接收光信号35，并限制和透射实质上平面形
式的光信号35至透射体，透射体包括准直元件，适于对光信号进行 实质上准直；以及重定向元件，适于实质上重定向光信号，其中，这
些元件被布置为接收实质上平面光信号，并对光信号进行准直和重定 向以产生实质上准直的平面信号。优选地，透射体是触摸屏或显示器 的外玻璃板或塑料板。
如图20所示，通过使用双面压敏胶带77(如来自3M的VHP转换胶 带)将准直/重定向元件74接合至透射元件33来产生透射体30。如果需 要，透射元件与入射面75之间的界面可以使用光学粘合剂来填充。在 本实施例中，透射元件33由更加抗刮擦并对其下显示器(如果该显示 器由聚合物材料制成)提供更健壮的保护的简单矩形玻璃片组成。然 而，如以下所述，存在透射元件优选由聚合物形成的情况。将认识到， 通过将两个准直/重定向元件74接合至透射元件33的相邻面，可以产生 双向透射体。备选地，可以将单个L形准直/重定向元件安装并接合至 透射元件。
在触摸输入设备包括具有透明盖板(如保护玻璃片)的显示器的 情况下，该盖板可以用作透射元件。在图21所示的实施例中，使用双 面胶带77将准直/重定向元件74附着至液晶显示器65的保护玻璃盖板 78，使得元件74对从点状光源38进入到玻璃盖板中的光35进行准直和 重定向，以产生实质上准直的平面信号45。
现在转而考虑在输入设备中使用本发明的透射体时边框的宽度。 在图13所示的情况下(其中输入设备包括图18A、 18B和18C所示类型 的单一透射体30),输入区域50本质上覆盖矩形透射元件33，透射体30 的其余部分(即准直/重定向元件71)位于输入区域之外。因此，该元 件71将位于环绕显示器的边框中，并可能成为在确定可以将边框制作 得多窄时的限制因素，以及对于一些触摸屏应用(如移动电话)的重 要考虑。元件71的宽度可以由限定内部反射面72和73的抛物线的形状
38来确定，由于光源38必须位于抛物线的焦点，因此该抛物线的形状继 而由输入区域的大小来确定。数学上，结果是对于较小的输入区域 (抛物线的焦距较小)，元件71需要较宽，由于边框宽度更可能是较小 输入设备所关心的内容，因此这是一个潜在问题。在具体示例中，对
于3.5" (8.9cm)的触摸屏，元件71将接近7mm宽。
如图22所示， 一种可能的解决方案是使用分段反射器，也称为菲 涅反射器，具有多个偏移抛物面反射器80来代替单个抛物面反射器81， 得到了边框宽度的显著减小82。应当注意，由于焦距不同，每个反射 器80是不同抛物线的一部分。这种方法的潜在缺陷在于具有菲涅反 射器的透射体可能更难以通过注模来制造，并且从角部83反射出的散 射光可能干扰触摸检测。如图23所示，另一解决方案是设计一种具有 多个抛物面反射器84的透射体30，每个抛物面反射器84具有光源38。 必须将边框宽度的减小与光源的附加成本和透射体在某种程度上更加 复杂的形状进行权衡。然而，对于3.5" (8.9cm)触摸屏，具有少至两 个抛物面反射器84和光源38的设计将边框宽度从7mm减小至改进很 多的2mm。
如图24所示，又一种解决方案是设计一种并入一个或多个透镜的 透射体30，使单个抛物面反射器81能够被设计为具有较大的焦距，从 而具有较小的突出的曲率。作为示例，图24示出了由注模的塑料材料 形成的透射体30，其中在光源38与抛物面反射器81之间的光路上具有 由空气(即较低折射率介质)组成的会聚透镜85。在本示例中，光源 38发射高度发散的光束86，光束86被透镜85部分会聚，形成光源的虚 像87，虚像87比光源本身更远离抛物面反射器81，有效地模拟了较大 的整体设备。本领域技术人员将认识到，两个或更多透镜的组合(如 发散透镜之后接着是具有光束扩展器配置的会聚透镜)也可以用于该 目的。
另一种解决方案是设计一种透射体，通过在透射元件内实现信号 的"双程"传播路径来增大光源与抛物面反射器之间的距离。如图25 (平面图)和图26 (侧视图)所示， 一种可能的配置是模塑一种具有 锥形部分88的透射体30，锥形部分88允许来自光源38的信号光35进入透射元件33并在遇到抛物面反射器81之前从金属化表面89反射出。如 图27 (侧视图)所示，另一种可能配置是通过抛物面反射器81的一个 表面90发射信号光35。将认识到，仅当表面90不需要金属化时(即仅 当抛物面反射器81由全内反射操作时)，这种特定方案才是可能的。还 将认识到，光源简单地位于抛物面反射器附近的开槽中并面对金属化 表面89的双程配置是较为不利的，这是由于光源将位于光路中，导致 阴影效应。
将认识到，用于减小边框宽度的许多这些方法同样适用于如图20 和21所示而组装的合成透射体，以及使用椭圆透镜(例如图6A中所示) 代替抛物面反射器来执行准直的透射体。对图6A的观察表明尽管椭 圆透镜表面61向内弯曲而不是向外，边框仍将需要足够宽，使得透镜 不干扰触摸输入区域。
现在转而考虑边框宽度。返回参照图18A、 18B和18C，显而易见 地，出射面67的高度(例如0.7mm)直接转换为边框高度。在一些设 备应用中，这是可接受的，而对于其他设备，需要具有实质上与触摸 表面齐平的边框。对于这种"零边框高度"要求，图7A和7B所示的配 置可以是有利的，其中在平面波导91中引导实质上准直的平面信号45。
如前所述，触摸物体将来自平面波导的大量信号向外耦合，这是可以 用于感测触摸物体的效应。在这种触摸输入设备中，基于被称为"受 抑全内反射(FTIR)"的效应，触摸物体减小了在平面波导91内传播 的信号量，例如图12和13所示的光检查装置55可以检测到这种减小。 在例如US 6,972,753、 US 2008/0006766和US 2008/0088593中公开了依 赖于FTIR的触摸输入设备。基于FTIR的触摸输入设备的潜在问题在 于，平面波导表面上的污垢或油渍(例如来自手指)也可能将信号光 向外耦合，干扰触摸检测。如图28 (侧视图)所示， 一种用于减轻该 问题的装置是引入根据电阻性触摸输入设备公知的修改。具体地，引 入通过分隔物94与平面波导分离的柔性片93，使得仅当触摸物体将柔 性片45推至平面波导上时，平面信号45才被向外耦合。不论该柔性片 是否存在，使平面信号45位于平面波导91内而不是自由空间内的优点 在于，可以将本发明的原理应用于柔性显示器，以及曲面显示器(例
40如CRT)，同时避免视差。
上述讨论已经描述了能够将来自点状光源的光转换为实质上平
面形式的光面/片的光学元件。在备选实施例中，如图28A至28D所示， 可以使用CCFL形式的扩展光源114来取代点状光源38作为信号光的 源。在本实施例中，透射体140包括透射元件33和重定向元件42，重定 向元件42包括两个反射面141和142。不需要准直元件来产生实质上准 直的平面信号45,这是由于通过扩展光源发射到透射元件中的光112 在透射元件的平面中不发散。在图28D所示的备选实施例中，使用点 状光源38的阵列来模拟扩展光源。以类似方式，如果信号光的源是扩 展源而不是点状源，则可以使用具有底座和两个反射面的重定向元件 来代替图19A、 19B和19C所示的准直/重定向元件74。使用扩展光源的
优点是减小边框宽度，这是由于去除了准直元件的曲率。
上述透射体的组件，无论有没有准直元件，都具有足够简单的设 计，容易通过注模的聚合物材料或容易得到的如平板玻璃之类的材料 来批量生产。也已经描述了在触摸输入设备的构造中使用这种组件。 与图l所示现有技术的全波导设备相比，这些触摸输入设备的制造和组 装相对便宜，并且更不易受到来自环境光的干扰。(i)改进的光源至 透射元件33的耦合，取代平面波导分光器18以及(ii)准直的平面信 号45中的较大量功率耦合入接收波导14，两者组合的益处在多元件检 测器15处获得了信噪比的两个数量级的改进。因此，这些触摸输入设 备能够在更高的环境光水平(甚至是全日光)下操作。备选地或附加 地，它们可以利用更低的光信号功率来操作，从而当在移动电子设备 中使用时节约电池寿命。
尽管至此已经关于光学触摸输入设备描述了根据本发明的透射 体30和140，但是本领域技术人员将认识到，它们有多种其他用途。在 一个示例中，明显可以反转地使用它们，例如，如图5所示的透射体30 可以在出射面67处接收实质上准直的平面信号45，并重定向、聚焦和 透射该信号至位于光源38位置处的光检测器。
另一示例是在显示器照明领域中，例如从背后照亮透射显示器或 从正面照亮反射显示器。为了解释背光应用，传统上，LCD的背光单元使用布置在显示器侧部的光源单元。这种背光单元被称为侧灯类型 背光单元，图29中所示了其典型示例。该背光单元采用罩在抛物灯反
射器100中的冷阴极荧光灯(CCFL) 99。灯和反射器保持与灯罩101 的适当位置。例如，如在美国专利No. 5，237，641、 5,303,322、 5,914,760、 6,576，887和6，590,625中公开的，CCFL 99将光引导至典型为楔形的分 布单元102，分布单元102可以采用各种形式。典型地，分布单元的一 侧可以被图案化为棱镜形式的元件103，用于提取光。侧灯类型背光单 元的其他公共组件包括反射板104、 一个或多个扩散板105、以及一 个或多个亮度增强薄膜106 (典型地由棱镜阵列组成)。背光单元的组 件组合以引导光107通过LCD显示器(未示出)。
将认识到，侧灯类型正面照明单元(例如在美国专利6，295,104和 6,379,017中公开)与图29所示的侧灯型背光单元具有许多相似性，除 了分布单元将光"向下"引导至反射显示器上而不是"向上"引导通 过透射显示器。
在许多应用中，由于LED的较低成本、较高功率效率、较好的光 色域控制和其他特征，LED被设计为照明系统以替代现有的光源。然 而，实现这种目标的挑战之一在于，LED本质上是"点"光源而不是 用于显示器照明的许多装置所需的"扩展"源(如CCFL)。当前的LED 背光可以方便地分为两个主要类别，即边缘照亮和背后照亮。
a. )边缘照亮如在图30A中可以看至U，在与图29所示类似的边缘 布置中，LED38取代CCFL。 LED边缘照亮典型地在亚34"显示器上采 用。
b. )背后照亮见图30B，间隔的LED 38的阵列被放置在扩散板 (未示出)后方，以直接照亮LCD显示器。背后照亮的LED阵列典型
地在较大的LCD显示器(如电视)上使用。
将认识到，分布至显示器的光必须具有正确的颜色，以最大化观 看者所感知的性能，由于LED背光允许对色域进行更多的控制，它们 日益成为背光单元的优选光源。还将认识到，背光单元的作用是从光 源中取得光，并以最大效率将其分布至LCD。最大效率包括在背光 单元自身中的低光损耗、从背光单元发射的光的高度均匀性、以及所发射的光具有最适合LCD接受的特性(典型地，更接近于与平面垂直 发射的光是最有效率的)。光使用中的低效率意味着较低的LCD可用 亮度、较严重的热问题、以及对于所需亮度的较高功耗。此外，将认
识到，背光单元占到LCD成本的重要部分，并且可以包括荧光或LED 光源、光导板、任何特殊薄膜(如Vikuti⑧亮度增强薄膜)和关联组件 以及与LCD层叠的集成。另外，背光单元使整个LCD的重量和厚度大 大增加。
根据上述内容，本领域技术人员将认识到，本发明的透射体30从 点光源(如LED38)接收光并将其转换为平面光"带"的能力使其尤 其适合于与需要扩展光源的现有技术的分布元件和关联光学元件一起 使用。换言之，例如图31、 32A和32B所示，本发明适于代替CCFL照 亮的背光单元中的CCFL/灯反射器/灯罩组件。
在相关实施例中，如在图33A和33B中所示，本发明的透射体30 可以用于照亮两个相对定向的分布元件102。备选地，如图34A和34B 所示，可以照亮分布元件102的相对边缘。在另一实施例中，如图35 至37所示，本发明的透射体30或140的透射元件33可以被巻曲以最小化 透射体30的"足迹"。
将认识到，单一LED38可以与本发明的透射体30—起使用，或备 选地，如果需要较高勒克司，则可以将多个LED38组合在一起，如图 38所示。在图39所示的备选实施例中，沿透射元件33的边缘可以提供 间隔的LED阵列，其中每个LED 38与准直/重定向元件40/42相对应。 从图28D将认识到，在紧密间隔的LED的阵列的限制下，也可以使用 不具有准直元件的透射体140。如之前关于图23所讨论的，如果边框宽 度是一个考虑因素，则这些实施例也是有利的。
在另外的实施例中，如图40A (或图8)所示与透射体30—起使用 的双轴分布元件102可以用于照亮显示器。双轴分布元件102也可以与 图41A和41B所示的实施例一起使用。
在相关方面，将认识到，当与本发明的透射体30光耦合时，分布 元件102的光输出可以被配置为具有均匀或预定的强度特性。此外，本 领域技术人员将认识到，LED光源38可以是白光，或如RBG之类可以在分布元件102中"混合"的多种颜色。还将认识到，本发明的装置可
以在LCD显示器的1、 2、 3或4条边上。
尽管本发明的装置可以用于取代用于LCD的传统背光单元中的 荧光管/反射器盒，但是将认识到，本发明不限于LCD背光。与现有技 术相比，本发明提供了多个优点，例如在LCD背部使用比直接LED照 亮相对较少的高功率LED、或在背光单元的侧面使用LED阵列。可以 理解，这将节省成本，并且通过合适的设计产生对显示器的更均匀照 壳。
本领域技术人员将认识到，由于从透射体30发出的光45是平面形 式的实质上准直的，因此它将以准直的形式进入背光系统的分布单元 102。相应地，从分布单元102发出的光也可以是实质上准直的(取决 于图案化的元件103的结构)，其效果将导致用户相对较小的"视角" (例如5。)。在特定情况下，这可以是有利的属性一一例如可以省去 一个或多个亮度增强薄膜106，从而降低成本。然而，如果对于特定应 用认为其不利，则可以使用扩散板105或类似物将准直的光在某种程度 上随机化。例如，除了位于分布元件102上的扩散板105之外，可以在 透射体30与分布元件102之间放置另一扩散板105。在另一示例中，可 以使透射体的出射面粗糙以扩散光。
在本发明的又一方面中，提供了一种能够分布光以用于显示器照 明和触摸检测的透射体。图42至45示意了能够分布光以用于显示器背 后照明和触摸检测的透射体的各个实施例，而图46至49示意了能够分 布光以用于显示器正面照明和触摸检测的透射体的各个实施例。
根据图42所示的实施例，提供了一种用于组合的背后照明和触摸 检测的透射体IIO，包括楔形的分布单元102和从扩展光源114 (如 CCFL或LED阵列)接受光112的重定向单元42。光的第一部分116 (在 多数情况下为主要部分)被分布单元102引导通过透射显示器118，如 在如图29所示的传统背后照明系统中。光的其余部分120被元件42重定 向至显示器118前方，用于触摸输入目的。
图43示出了备选的组合的背后照明/触摸检测实施例，其中透射体 110包括实质上平面的透射元件33和从扩展光源114接受光的重定向单元42。在这种情况下，重定向单元将光的第一部分(在多数情况下为
主要部分)引导入楔形的分布单元102，分布单元102将其分布通过透 射显示器118 (如传统背光中一样)，光的第二部分120被重定向至显示 器118前方，用于触摸输入目的。
在图42和43所示的实施例中，透射体110确实不需要具有准直单 元，这是由于光源114是扩展光源而不是点光源。此外，使用相同的光 用于显示器照明和触摸检测，使得触摸检测光将为可见光。如果这不 可接受，则一些变化可能是合适的。例如，如果扩展光源114具有扩展 至进红外的较宽的发射光谱，则可以在重定向元件42的合适部分上放 置红外带通滤波器122。备选地，如果扩展光源是LED阵列，则可以在 可见LED之间散布一个或多个进红外LED，并使用红外带通滤波器122 从触摸检测光中去除可见光。当然，如果透射体110具有准直元件，如 与红外带通滤波器122相关联的椭圆透镜表面，则在可见LED之间可能 仅需要一个(合适放置的)红外LED。
图44示出了另一组合的背后照明/触摸检测的实施例，这一次具有 优选由较低折射率覆层124分隔开的合成的分布元件102和透射体30。 在这种情况下，分布元件102将来自扩展光源114的光分布通过透射显 示器118 (如传统背光中一样)，透射体30将来自点光源38的光转换为 以上关于图3至5所述的实质上准直的平面光信号45。优选地，存在较 低折射率覆层124,以防止来自扩展光源114的光(典型地为可见光) 与来自点光源38的光(典型地为红外光)混合。该覆层可以例如是涂 覆在透射体30或分布元件102上的可固化聚合物层。备选地，该覆层可 以简单地是空气间隙。
图45所示的实施例与图44所示实施例的区别在于，分布板102与 扩展光源114的方向是反转的。
图46至49示出了组合的正面照明/触摸检测装置的各个实施例，在 许多方面，组合的正面照明/触摸检测装置与图42至45所示的组合的背 后照明/触摸检测装置类似，除了光分布单元102将光125 "向下"引导 至反射显示器126而不是"向上"引导通过透射显示器。根据光分布元 件102的准确形状，可能需要添加透明片128作为触摸输入的平坦表面。在组合的背后照明/触摸检测装置中，也可以存在类似的透明片，以保护透射显示器。
图50示出了组合的背后照明/触摸检测装置的又一实施例，这一次
是具有"背后照明"类型(见图30B)，具有可见LED (例如"白色"LED或RGB彩色LED) 130的阵列。用于触摸检测的光由以上关于图3至5所述的透射体30和点光源38提供。由应当具有比透射元件更低折射率的覆层124将背后照明LED 130与透射体30的透射元件33分离，使得来自点光源38的光被限制在其中。
对于图42至50中示出的每个实施例，将认识到，可以根据需要添加传统的背后照明或正面照明系统的其他部件，如提取元件、扩散板和亮度增强薄膜。
本领域技术人员将理解，在一些实施例中，如果提供了产生准直的信号的信号源，则可以不需要准直元件。在这种实施例中，透射体仍将接收光信号，并对其进行透射作为实质上平面的准直的光信号。例如，图44、45、48和49中的点光源38可以由另一扩展光源114来代替。
尽管己参照具体实施例描述了本发明，但是本领域技术人员将认识到，可以以许多其他形式来实现本发明。
权利要求
1.一种用于输入设备的透射体，所述透射体包括准直元件，适于对光信号进行实质上准直；以及重定向元件，适于实质上重定向光信号，其中，所述元件被布置为接收实质上平面光信号，并对所述光信号进行准直和重定向，以产生实质上准直的平面信号。
2. 根据权利要求l所述的透射体，其中，所述元件被布置为接收在第一平面中传播的实质上平面光信号，并将所述光信号作为实质上 准直的平面信号重定向至与所述第一平面不同的第二平面。
3. 根据权利要求2所述的透射体，其中，所述第一和所述第二平 面实质上平行。
4. 根据权利要求2或3所述的透射体，其中，将所述实质上准直 的平面信号重定向至与所述第一平面实质上平行并间隔开的一个或多 个平面。
5. 根据前述权利要求中任一项所述的透射体，其中，向所述接收 的光信号的源重定向所述实质上准直的平面信号。
6. 根据前述权利要求中任一项所述的透射体，其中，所述透射体 由单片塑料材料形成，所述塑料材料对光谱的红外或可见区域的光实 质上透明，并且可选地对环境可见光不透明。
7. —种透射体，包括(a) 透射元件，适于接收、限制和透射平面形式的光信号；以及(b) 准直和重定向元件，适于对光信号进行实质上准直和重定向；其中，所述元件被布置为从光源接收光信号，并对所述光信号进 行透射、准直和重定向，以产生实质上平面形式的实质上准直的信号。
8. —种透射体，包括(a) 透射元件，适于接收、限制和透射平面形式的光信号；(b) 准直元件，适于对光信号进行实质上准直；以及(c) 重定向元件，适于重定向光信号，其中，所述元件被布置为从光源接收光信号，并对所述光信号进 行透射、准直和重定向，以产生实质上平面形式的实质上准直的信号。
9. 根据权利要求7或8所述的透射体，其中，所述重定向元件适 于将所述实质上平面形式的实质上准直的信号重定向至与所述透射元 件集成的平面波导。
10. 根据权利要求9所述的透射体，其中，所述透射元件是柔性的。
11. 根据权利要求7至9中任一项所述的透射体，其中，所述透 射元件实质上是平面的。
12. 根据权利要求ll所述的透射体，其中，将所述实质上准直的 平面信号重定向至与所述透射元件实质上共面的平面。
13. 根据权利要求ll所述的透射体，其中，将所述实质上准直的 平面信号重定向至与所述透射元件实质上平行并间隔开的一个或多个 平面
14. 根据权利要求7至13中任一项所述的透射体，其中，将所述实质上准直的平面信号重定向返回所述光源。
15. 根据权利要求7至14中任一项所述的透射体，其中，所述透射体包括多个准直元件和重定向元件，适于从单一光源产生多个实质 上平面形式的实质上准直的信号。
16. 根据权利要求7至15中任一项所述的透射体，其中，所述准 直元件和/或所述重定向元件具有反射镜或透镜的形式。
17. 根据权利要求7至16中任一项所述的透射体，其中，所述光 源是点光源。
18. 根据权利要求17所述的透射体，其中，所述点光源提供发散 的光信号。
19. 根据权利要求18所述的透射体，其中，所述准直元件包括一 个或多个实质上抛物面反射器或一个或多个实质上椭圆透镜。
20. 根据权利要求19所述的透射体，其中，所述一个或多个实质 上抛物面反射器中的每一个被形成和放置为使其焦点与所述点光源实 质上重合。
21. 根据权利要求19所述的透射体，其中，所述一个或多个实质 上椭圆透镜中的每一个被形成和放置为使得所述透镜的焦点与所述点 光源实质上重合。
22. 根据权利要求7至21中任一项所述的透射体，其中，所述准直元件和所述重定向元件在光学上均位于所述透射元件的下游。
23. 根据权利要求7至22中任一项所述的透射体，其中，所述透射体被形成为a. )单体，包括所有三个所述准直、重定向和透射元件，b. )成对体，其中所述体之一包括所述准直、重定向和透射元件 中的任意两个，而所述体中另一个包括剩余元件，或者c. )三元体，每个所述体包括所述准直、重定向和透射元件之一。
24. 根据权利要求11至23中任一项所述的透射体，还包括第 二准直元件，用于沿与所述透射元件的平面垂直的方向对所述实质上 准直的平面信号进行实质上准直。
25. 根据权利要求24所述的透射体，其中，所述第二准直元件是 透镜。
26. 根据权利要求7至25中任一项所述的透射体，其中，仅重定 向所述实质上准直的平面信号的一部分。
27. 根据权利要求7至26中任一项所述的透射体，适于从不止一 个光源接收光信号，所述透射体包括 一对准直元件和一对重定向元 件，用于提供相应的一对实质上准直的平面信号。
28. 根据权利要求27所述的透射体，其中，所述一对实质上准直的平面信号沿实质上垂直的方向传播。
29. 根据权利要求27或28所述的透射体，其中，所述一对实质 上准直的平面信号沿互相间隔开的实质上平行的平面传播。
30. 根据权利要求27或28所述的透射体，其中，所述一对实质 上准直的平面信号共面。
31. 根据权利要求7至25中任一项所述的透射体，适于从单一光 源接收光信号，所述透射体包括 一对准直元件和一对重定向元件， 用于提供相应的一对实质上准直的平面信号。
32. 根据权利要求31所述的透射体，其中，所述一对实质上准直的平面信号沿实质上垂直的方向传播。
33. 根据权利要求31或32所述的透射体，其中，所述一对实质上准直的平面信号沿互相间隔开的实质上平行的平面传播。
34. 根据权利要求31或32所述的透射体，其中，所述一对实质上准直的平面信号共面。
35. 根据权利要求7至34中任一项所述的透射体，还包括位于所 述实质上准直的平面信号和所述透射元件之间的显示器。
36. 根据权利要求7至34中任一项所述的透射体，还包括位于所 述透射元件的与所述实质上准直的平面信号相对的一侧上的显示器。
37. 根据权利要求7至34中任一项所述的透射体，还包括显示器， 其中，所述显示器包括用作所述透射元件的平面部分。
38. 根据前述权利要求中任一项所述的透射体，其中，所述透射 体由单片塑料材料形成，所述塑料材料对光谱的红外或可见区域的光 实质上透明，并且可选地对环境可见光不透明。
39. 根据权利要求38所述的透射体，其中，所述单片塑料材料是 通过注模而形成的。
40. 根据权利要求7至37中任一项所述的透射体，其中，所述准 直元件和所述重定向元件由单片塑料材料形成，所述塑料材料对光谱 的红外或可见区域的光实质上透明，并且可选地对环境可见光不透明。
41. 根据权利要求40所述的透射体，其中，所述单片塑料材料是 通过注模而形成的。
42. 根据权利要求40或41所述的透射体，其中，所述透射元件是由玻璃形成的。
43. 根据前述权利要求中任一项所述的透射体，还包括至少一 个光检测元件，适于接收所述实质上准直的平面信号的至少一部分以 检测输入。
44. 根据权利要求43所述的透射体，其中，所述至少一个光检测 元件包括与至少一个光检测器进行光通信的至少一个光波导。
45. —种用于输入设备并用于照亮显示器的组件，所述组件包括根据权利要求7至44中任一项所述的透射体，用于向所述输入设备提供光信号；以及分布元件，与所述透射元件相邻，用于接收来自光源 的光并将所述光分布至所述显示器，从而照亮所述显示器。
46. —种用于输入设备并用于照亮显示器的组件，所述组件包括透射体，所述透射体包括透射元件，所述透射元件适于从光源接收光 信号并限制和透射实质上平面形式的所述光信号至准直和重定向元 件，所述准直和重定向元件适于对所述实质上平面光信号进行实质上准直和重定向，以向所述输入设备提供所述信号；以及分布元件，与 所述透射元件相邻，用于接收来自光源的光并将所述光分布至所述显 示器，从而照亮所述显示器。
47. 根据权利要求45或46所述的组件，还包括布置在所述透射 元件和所述分布元件之间的覆层，用于减少从所述分布元件泄漏进入 所述透射元件的所述光，并减少从所述透射元件泄漏进入所述分布元 件的所述光信号。
48. 根据权利要求45至47中任一项所述的组件，其中，所述分 布元件被放置为使得用于向所述分布元件提供所述光的所述光源和用 于向所述透射元件提供所述光信号的所述光源被放置在所述透射元件 的同一侧。
49. 根据权利要求45至47中任一项所述的组件，其中，所述分 布元件被放置为使得用于向所述分布元件提供所述光的所述光源和用 于向所述透射元件提供所述光信号的所述光源被放置在所述透射元件 的相对侧。
50. 根据权利要求45至49中任一项所述的组件，其中，所述光 信号包括来自光谱的红外区域的一个或多个预定波长，并且所述光包 括来自光谱的可见区域的一个或多个预定波长。
51. 根据权利要求45至49中任一项所述的组件，其中，所述光 信号和所述光分别包括来自光谱的可见区域的一个或多个预定波长。
52. 根据权利要求45至51中任一项所述的组件，其中，所述显 示器被放置在所述透射元件上方。
53. 根据权利要求45至51中任一项所述的组件，其中，所述显示器被放置在所述透射元件下方。
54. 根据权利要求45至53中任一项所述的组件，其中，用于提 供所述光的所述光源是冷阴极荧光灯或LED阵列，并且用于提供所述 光信号的所述光源是LED或LED组。
55. —种用于输入设备并用于照亮显示器的组件，所述组件包括 根据权利要求7至44中任一项所述的透射体；以及用于产生光的一个 或多个光源，所述光源位于所述透射元件下方，从而通过所述透射元 件照亮所述显示器。
56. —种用于输入设备并用于照亮显示器的组件，所述组件包括 透射体，所述透射体包括透射元件，所述透射元件适于从光源接收光 信号并限制和透射实质上平面形式的所述光信号至准直和重定向元 件，所述准直和重定向元件适于对所述实质上平面光信号进行实质上 准直和重定向；以及用于产生光的一个或多个光源，所述光源位于所 述透射元件下方，从而通过所述透射元件照亮所述显示器。
57. 根据权利要求55或56所述的组件，还包括布置在所述一 个或多个光源与所述透射元件之间的覆层，用于减少从所述透射元件 泄漏进入所述一个或多个光源的光，或用于减少所述透射元件中的所 述光信号与所述一个或多个光源之间的相互作用。
58. 根据权利要求55至57中任一项所述的组件，其中，所述一 个或多个光源是LED。
59. 根据权利要求58所述的组件，其中，所述LED产生来自光 谱的可见区域的一个或多个预定波长。
60. 根据权利要求55至59中任一项所述的组件，其中，所述显 示器被放置在所述透射元件上方。
61. —种用于产生用于输入设备的信号并用于照亮显示器的方 法，所述方法包括以下步骤从光源提供光信号；接收、限制和透射平面形式的所述光信号； 对所述光信号进行实质上准直；重定向所述实质上准直的光信号用于所述输入设备；从光源提供光；以及接收所述光并将所述光分布至所述显示器，从而照亮所述显示器。
62. —种用于产生用于输入设备的信号并用于照亮显示器的方法，所述方法包括以下步骤将根据权利要求1至44中任一项所述的透射体与用于向所述输入 设备提供光信号的光源光耦合；将分布元件与所述透射体耦合；以及将所述分布元件与用于提供光的光源光耦合，以照亮所述显示器。
63. —种用于产生用于输入设备的信号并用于照亮显示器的方法，所述方法包括以下步骤 从光源提供光信号；接收、限制和透射平面形式的所述光信号； 对所述光信号进行实质上准直；重定向所述实质上准直的光信号用于所述输入设备； 从一个或多个光源提供光；以及 将所述光分布至所述显示器，从而照亮所述显示器。
64. —种用于输入设备的信号产生设备，所述设备包括 光源，用于提供光信号；以及透射体，包括(a) 透射元件，适于接收、限制和透射平面形式的所述光信号；(b) 准直元件，适于对所述光信号进行实质上准直；以及(c) 重定向元件，适于重定向所述光信号，其中，所述元件被布置为接收所述光信号，并对所述光信号进行 透射、准直和重定向，以产生实质上平面形式的实质上准直的信号。
65. —种输入设备，包括 光源，用于提供光信号；以及(a) 透射元件，适于接收、限制和透射平面形式的光信号；(b) 准直元件，适于对所述光信号进行实质上准直；以及(c) 重定向元件，适于重定向所述光信号，其中，所述元件被布置为接收所述光信号，并对所述光信号进行透射、准直和重定向，以产生实质上平面形式的实质上准直的信号，所述实质上准直的平面信号被引导至至少一个光检测元件以检测输入。
66. —种用于产生实质上准直的平面形式的光信号的方法，所述 方法包括以下步骤从光源提供光信号；接收、限制和透射平面形式的光信号； 对所述光信号进行实质上准直；以及 重定向所述光信号。
67. 根据权利要求66所述的方法，其中，实质上平面透射元件限 制和透射所述平面形式的所述光信号，准直元件对平面形式的所述光 信号进行准直，以及重定向元件对所述实质上准直的平面信号进行重 定向。
68. 根据权利要求67所述的方法，其中，所述透射元件、准直元 件和重定向元件限定了透射体。
69. 根据权利要求66至68中任一项所述的方法，还包括以下步 骤将所述实质上准直的平面信号重定向至与所述透射元件实质上平 行的平面。
70. 根据权利要求66至69中任一项所述的方法，还包括以下步 骤将所述实质上准直的平面信号重定向至与所述透射元件实质上平 行并间隔开的一个或多个平面。
71. 根据权利要求66至70中任一项所述的方法，还包括以下步 骤将所述实质上准直的平面信号重定向返回所述光源。
72. 根据权利要求66至71中任一项所述的方法，其中，所述光 源是提供发散光信号的点光源，所述准直元件包括一个或多个实质上 抛物面反射器，或一个或多个实质上椭圆透镜。
73. 根据权利要求72所述的方法，其中，所述一个或多个实质上 抛物面反射器中的每一个被形成和放置为使其焦点与所述点光源实质 上重合。
74. 根据权利要求72所述的方法，其中，所述一个或多个实质上椭圆透镜中的每一个被形成和放置为使所述透镜的焦点与所述点光源 实质上重合。
75. 根据权利要求66至74中任一项所述的方法，还包括以下步骤提供一对光源和相应成对的准直元件和重定向元件，以提供沿实质上垂直的方向传播的一对实质上准直的平面信号。
76. 根据权利要求66至74中任一项所述的方法，还包括以下步 骤提供单一光源和成对的准直元件和重定向元件，以提供沿实质上 垂直的方向传播的一对实质上准直的平面信号。
77. —种用于照亮显示器的组件，所述组件包括透射体，所述透射体包括透射元件，所述透射元件适于接收、限 制和透射实质上平面形式的光至准直和重定向元件，所述准直和重定向元件适于对所述实质上平面光进行实质上准直和重定向；以及分布元件，适于接收所述实质上平面的准直的光，并将所述实质 上平面的准直的光分布至所述显示器，从而照亮所述显示器。
78. —种用于照亮显示器的组件，所述组件包括 根据权利要求1至44中任一项所述的透射体，光耦合至分布元件，所述分布元件适于将所述实质上平面的准直的光分布至所述显示器， 从而照亮所述显示器。
79. —种用于照亮显示器的方法，所述方法包括以下步骤 从光源提供光-,接收、限制和透射实质上平面形式的所述光； 对所述光进行实质上准直和重定向；以及将所述实质上平面的准直的光分布至所述显示器，从而照亮所述显示器o
80. —种使用来自光源的光来照亮显示器的方法，所述方法包括以下步骤将所述光源与根据权利要求1至44中任一项所述的透射体光耦 合；以及将所述透射体与分布元件光耦合，所述分布元件用于将所述实质 上平面的准直的光分布至所述显示器，从而照亮所述显示器。
81. 根据权利要求77或78所述的组件或根据权利要求79或80 所述的方法，其中，所述光是从点光源提供的。
82. 根据权利要求81所述的组件或根据权利要求81所述的方法， 其中，所述点光源是LED。
83. —种用于输入设备并用于照亮显示器的透射体，所述透射体 包括透射和分布元件，适于接收、限制和透射实质上平面形式的光信 号的第一部分至重定向元件，所述重定向元件适于重定向所述实质上 平面光信号用于所述输入设备，其中，所述透射和分布元件同时将所述光信号的第二部分分布至 所述显示器，从而照亮所述显示器。
84. 根据权利要求83所述的透射体，其中，所述显示器被放置在 所述透射和分布元件上方。
85. 根据权利要求83所述的透射体，其中，所述显示器被放置在 所述透射和分布元件下方。
86. 根据权利要求85所述的透射体，还包括位于所述透射和分布 元件上方、对所述光信号透明的触摸表面。
87. —种用于输入设备并用于照亮显示器的组件，所述组件包括 透射元件，适于接收、限制和透射实质上平面形式的光至重定向元件，所述重定向元件适于重定向所述实质上平面光的第一部分用于 所述输入设备，并重定向所述实质上平面光的第二部分，以同时将所 述光提供给用于照亮所述显示器的分布元件。
88. 根据权利要求87所述的组件，其中，所述显示器和所述分布 元件被放置在所述透射元件上方。
89. 根据权利要求87所述的组件，其中，所述显示器被放置在所 述透射元件下方而所述分布元件被放置在所述透射元件上方。
90. 根据权利要求89所述的组件，还包括位于所述分布元件上 方、对所述光透明的触摸表面。
91. 根据权利要求83至86中任一项所述的透射体，或根据权利 要求87至91中任一项所述的组件，其中，所述光由冷阴极荧光灯或LED阵列提供。
92. —种用于产生用于输入设备的信号并用于照亮显示器的方法，所述方法包括以下步骤 从光源提供光；接收、限制和透射实质上平面形式的所述光；重定向所述实质上平面光的第一部分用于所述输入设备，同时将 所述实质上平面光的第二部分分布至所述显示器，从而照亮所述显示 器。
93.—种用于产生用于输入设备的信号并用于照亮显示器的方法，所述方法包括以下步骤 从光源提供光；接收、限制和透射实质上平面形式的所述光；重定向所述实质上平面光的第一部分用于所述输入设备，并重定 向所述实质上平面光的第二部分以同时将所述第二部分分布至所述显 示器，从而照亮所述显示器。
94. 一种用于输入设备的组件，包括透射元件，适于从光源接 收光信号，并限制和透射实质上平面形式的所述光信号至根据权利要 求1至6中任一项所述的透射体，从而对所述光信号进行准直和重定 向以产生实质上准直的平面信号。
95. 根据权利要求94所述的组件，其中，所述透射元件是触摸屏或显示器的外玻璃或塑料板。
96. —种用于输入设备的信号产生设备，包括光源，用于提供准直的信号；以及透射体，用于捕获和重定向实质上平面形式的所述 准直的信号。
97. 根据权利要求96所述的信号产生设备，其中，所述光源是点 光源。
98. 根据权利要求96所述的信号产生设备，其中，所述光源是线 光源。
99. 根据权利要求96至98中任一项所述的信号产生设备，其中， 所述透射体包括重定向元件，用于接收和重定向光信号。
100. 根据权利要求96至99中任一项所述的信号产生设备，其中，所述透射体包括准直元件，用于对光信号进行接收和准直。
101. 根据权利要求96至100中任一项所述的信号产生设备，其 中，所述透射体包括透射元件，用于捕获和透射平面形式的光信号。
全文摘要
本发明提供了一种用于对来自点状光源的光进行透射、准直和重定向以产生实质上平面形式的准直的光信号的装置和方法。在一个实施例中，所述装置被制造为单透射体，包括准直元件和重定向元件，并可选地包括透射元件。在另一实施例中，所述装置由一个或多个组件组装而成。所述装置和方法可用于提供光学触摸输入设备的感测光，或提供对显示器的照亮。
文档编号G06F3/042GK101681222SQ200880015697
公开日2010年3月24日 申请日期2008年5月12日 优先权日2007年5月11日
发明者伊恩·安德鲁·马克斯维尔, 格雷姆·罗伊·阿特金, 王赞纮, 罗伯特·布鲁斯·查特, 肯尼斯·埃德蒙·阿内特, 邓肯·伊恩·罗斯 申请人:Rpo私人有限公司