触敏装置的传感系统的制作方法

专利名称：触敏装置的传感系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及用来在触敏装置上感应触摸输入的传感系统，涉及但不局 限于红外线扫描触摸屏。
本发明主要开发用于一种红外线扫描触摸屏显示器，以便能够感应到 用户在所述红外线触摸屏显示器上的触摸输入。尽管本发明将参照此特定 应用进行描述，但本发明并不仅限于这种应用。
背景技术：
现有技术的传感系统通常包括多个发射机和多个接收机，分别用来发 射和接收越过触摸屏的光线。当用户在触摸屏的触摸位置处阻碍一个或多 个光线时，相应的接收机停止接收到光线，从而能够确定触摸位置的方位。
这种传感系统包括沿着一个矩形平面触摸屏的两个相邻边缘安置的
多个红外线(IR)发射机。相应的多个IR接收机沿着此矩形平面触摸屏的 另外两个边缘安置，使得每个IR发射机是在一个相应IR接收机的对面， 从而形成多对发射机和接收机。
IR发射机发射红外光线到各自对应的IR接收机，从而在触摸屏上方 形成一个IR矩阵。当用户触摸到触摸屏上的一个触摸位置时，会阻碍一个 或多个光线到达各自对应的IR接收机。如果阻碍了两个交叉的光线，那么 就可以确定触摸位置的两个平面坐标，从而确定在触摸屏上触摸位置的方 位。
此类型的传感系统有许多缺点。其中一个缺点是传感系统需要大量的 IR发射机和IR接收机，特别是如果期望在探测触摸屏上的触摸时获得更 大的分辨率或准确性。结果，这将导致大量的部件，增加了制造成本。同 时也增加了发生敌障的风险，以及更高的维护和维修成本。'另一种现有技术的IR传感系统包括两个IR扫描激光器，它们被安置 在一个矩形触摸屏的对角上。每个IR扫描激光器产生多个分散的红外光 线，其成扇形展开越过或横过触摸屏，形成一个不规则的矩阵。沿着触摸 屏的边缘安置有回射器(Retro-reflector),以将每个光线反射回到产生光线 的IR扫描激光器，由靠近IR扫描激光器的一个传感器探测到。当用户触 摸到触摸屏上的一个触摸位置时，会阻碍一个或多个光线到达各自的传感 器，从而将能够确定触摸位置。
这种现有技术的传感系统同样有许多缺点，传感系统需要至少两个IR 扫描激光，其是相对比较昂贵的部件。由传感系统形成的不规则矩阵在触 摸屏上产生不同分辨率和精确度的区域。特别地，由于激光光线是由激光 发散器产生，越靠近IR扫描激光器的光线就越密集。
此外，当IR扫描激光器产生的光线是直接相互瞄准时，光线是在同 一条直线上，形成一个所谓的"死线"或"公共线"。这些"死线"或"公 共线"是不希望有的，因为如果用户在"死线"或"公共线"上，就只能 确定一个位置坐标，因此，不能确定触摸位置的方位。
另一个现有技术的IR传感系统包括一个IR激光器，其被安置在一个 矩形触摸屏的下方并靠近其一个拐角。IR激光器发出光线穿过导光板(light guide)到达一个旋转镜(rotating mirror),旋转镜位于触摸屏下方并靠近 另一个激光器的对角，从而产生多个发散的光线，发散光线入射到抛物面 镜(parabolic mirrors),抛物面镜位于触摸屏与激光器相邻、而与旋转镜不 相邻的一个边缘。抛物面镜将光线转换成平行的光线，光线在触摸屏下方 传播，形成一个光线网格(light grid)。接着，光线通过垂直光管被转置到 触摸屏上方的另一个平面，垂直光管位于触摸屏上抛物面镜的对边。
这个现有技术的传感系统也有许多缺点。此系统需要大量的部件，包 括多个反射镜以重新指示光线到多个不同的方向。这样增加了系统的复杂 性，需要较复杂的制造和组装，导致更高的制造成本。随后也增加了系统 的维护，导致更高的维护成本。
由于光线被多次重新改变方向来来回回地越过导光板，光线也经历相当长的路径。这会导致更高的光损失和更大的激光光斑尺寸(laser spot size),其会降低传感的分辨率和精确度。再者，传感系统利用抛物面镜， 其具有较大面积，从而增加了系统尺寸和放弃了小型化。
本发明的一个目的是克服或改进现有技术的至少一个缺点，或者提供 一个有用替代方案供公众选择。
发明概述
在第一方面，本发明提供了一个传感系统，用来在触敏装置上感应触 摸输入，本系统包括一个感应平面，和一个准直光源，用来产生多个光线， 光线沿着不同于感应平面的一个或多个平面。本传感系统还包括一个靠近 感应平面一个边缘的反射装置，用来将至少一个光线子集转换成平行光线， 并重新引导光线子集，使其沿着感应平面，沿着感应平面的光线中的至少 一个光线被触摸输入阻断，从而使传感系统能够确定触摸输入的一个位置 坐标。
在第二方面，本发明提供了一种在触敏装置上感应触摸输入的方法， 本方法包括产生多个准直光线，光线沿着不同于感应平面的一个或多个平 面。本方法还包括，靠近感应平面的一个边缘，将至少一个光线子集转换 成平行光线，并重新引导光线子集，使其沿着感应平面，沿着感应平面的 光线中的至少一个光线被触摸输入阻断，从而能够确定触摸输入的一个位 置坐标。
在所附权利要求里披露了本发明的优选特征，其构成本发明的概述部分。


现将通过示例并结合附图描述本发明最佳模式的优选实施例，其中 图1是本发明优选实施例的一个传感系统的透视示意图； 图2是图1传感系统的第一变体的透视示意11图3(a)是图1传感系统的第一变体的部分透视示意图3(b)是图1传感系统的第二变体的部分透视示意图4是图1传感系统的平面示意图，实线显示在触摸板下方的光线路 径，虚线显示在触摸板上方沿着感应平面的所述光线的路径。
图5是图1传感系统的第一变体的平面示意图，实线显示两种光线路 径，其中返回路径平行于相应的外出路径；
图6是图1传感系统的第二变体的平面示意图，实线显示两种光线路 径，其中返回路径平行于相应的外出路径；
图7是图1传感系统的平面示意图，虚线显示在触摸板上方沿着感应 平面的光线路径，以及一个在触摸触摸板并阻断两个所述光线之前的物体；
图8是图1传感系统的平面示意图，实线显示两种光线路径，以及一 个触摸触摸板并阻断所述两条光线的物体；
图9是图l传感系统的侧视示意图，实线显示一个光线路径，其中返 回路径平行于外出路径；
图10是图1传感系统的侧视示意图，实线显示一个光线路径，以及 一个触摸触摸板并阻断所述光线的物体；
图11是图1传感系统的第三变体的侧视示意图，实线显示一个光线 路径，其中返回路径平行于外出路径；
图12是图1传感系统的第三变体的侧视示意图，实线显示一个光线 路径，以及一个在触摸板上阻断所述光线的触摸；
图13(a)是图1传感系统的第二变体的扫描和传感模块的示意图，实 线显示一个光线的部分路径，其中所述光线在外出路径上穿过传感器的孔，但在返回路径上入射到所述传感器，返回路径与外出路径平行并偏移。
图13(b)是图l传感系统的第二变体的扫描和传感模块的示意图，实 线显示一个光线的部分路径，其中所述光线在外出路径上穿过传感器的孔， 但在返回路径上入射到所述传感器，返回路径与外出路径接近平行，但稍
微偏离；
图14是图1传感系统的旋转反射器的平面示意图，显示一个旋转多 角反射器的外形，实线显示一个被反射器反射的光线；和
图15是图1传感系统的变体里使用的回复反射器的一部分的示意图，
以便使光线的返回路径平行或基本平行于但稍微偏离所述光线相应的外出 路径。
发明详述
参照附图，提供一个传感系统l，用来感应在触敏装置3上的触摸输 入2。传感系统1包括一个感应平面4和一个准直光源5，准直光源5用来 产生多个沿着一个或多个平面7的光线6，平面7不同于感应平面4。反射 装置8靠近感应平面的一个边缘9，用来将光线6的至少一个子集10转换 成平行光线，并重新引导光线子集，使其沿着感应平面4。沿着感应平面4 的光线10中的至少一个光线被触摸输入2阻断，从而使传感系统1确定触 摸输入的一个位置坐标。
同样包括第二所述感应平面11，其也不同于一个或多个平面7，多个 光线6是沿着一个或多个平面7产生的。第二所述反射装置12靠近第二感 应平面11的一个边缘13，用来将光线6的第二子集14转换成平行光线， 并在一个不同于第一光线子集IO方向的方向上重新引导第二光线子集14， 使其沿着第二感应平面11。从而，第一和第二光线子集10和14形成一个 光线网格，沿着第二感应平面11的第二子集14的光线中的至少一个光线 被触摸输入2阻断，从而使传感系统1确定触摸输入的第二位置坐标。
第一和第二光线子集10和14互相垂直并被均匀隔开，所以，光线网格是一个均匀正交的光线网格，如图4、 5、 6和7所示。第一和第二感应 平面4和11也是共面的，所以第一和第二光线子集10和14实也是共面的。 特别地，共面感应平面4和11设定了一个公共矩形平面，边缘9和13是 公共矩形平面的两个邻接边缘，第一和第二反射装置8和12分别靠近边缘 9和13。
但是，在其它实施例里，第一和第二感应平面4和11不是共面的。在 某些实施例里，第一和第二感应平面4和11是互相平行且偏移的，所以除 了可以确定触摸输入2的位置坐标外还能确定其速度。更具体地，将平行 的第一和第二感应平面4禾Q 11之间的距离除以光线子集10的光线被触摸 输入2阻断和光线子集14的光线被触摸输入2阻断之间的时间量，可以计 算出速度。同样，可以理解，除矩形形状外，感应平面4和11还可以是任 何其他的形状和尺寸。
准直光源5包括一个产生红外光的激光器。传感系统1还包括一个旋 转反射器15，而准直光源5产生至少一个光线入射到旋转反射器15，从而 产生多条光线6，如图4、 5和6所示，这些光线方向各不相同，因而形成 一个发散的形状。在本实施例里，多个发散的光线6是共面的。光源5可 以发出一个单连续的光线或多个光线到旋转反射器15。
在多个光线的例子里，多个光线经历相同的路径到达旋转反射器15， 但从旋转反射器散开而产生多个发散的光线6。多个光线可以是时间顺序 的，从而按规则的时间间隔产生多个光线6。
在单连续光线的例子里，旋转反射器15可以旋转，使得单连续光线在 规则的时间间隔从旋转反射器15产生散开的多个光线。可以理解，多个光 线6中的每个光线可以被看作是从光源5开始，即光线共享了光源5和旋 转反射器15之间的公共部分。
在其它实施例里，光源5本身可以旋转而产生多个光线6。在另一个 实施例里，使用多个光源5可以产生多个光线6。同样，尽管木实施例使 用一个红外线激光，但也可以使用其它类型的准直光源。例如，其它实施
14例使用单个或多个LED或多个激光。如红外线一样，可以使用其它波长的 光。再者，其它实施例的光源产生的光线可以从光源以许多其它方式散开， 如平行或随机朝向的光线，而不是发散的。旋转反射器15可以包括一个旋 转多角镜、 一个MEMS扫描镜或一个振动反射器。图14显示一个旋转多 角镜。
第一和第二反射装置8和12各自分别包括第一反射器16和17以及第 二反射器18和19，如图l、 2、 3(a)、 3(b)、 9、 10、 11和12所示。每个第 一反射器16和17各自重新引导来自光源5的第一光线子集10和14到各 自的感应平面4和11，而每个第二反射器18和19各自重新引导来自第一 反射器16和17的各自光线子集10和14，使得各自的光线子集10和14 沿着各自的感应平面4和ll传播。
换言之，第一反射装置8的第一反射器16重新引导来自光源5的光线 子集10到第一感应平面4，而第一反射装置8的第二反射器18重新引导 来自第一反射器16的光线子集10，使得光线子集10沿着第一感应平面4 传播。类似地，第二反射装置12的第一反射器17重新引导来自光源5的 第二光线子集14到第二感应平面ll，而第二反射装置12的第二反射器19 重新引导来自第一反射器17的光线子集14，使得第二光线子集14沿着第 二感应平面11传播。
由于第一反射装置8靠近第一感应平面4的一个边缘9，第一反射装 置的第一和第二反射器16和18也靠近此边缘9。类似地，由于第二反射 装置12靠近第二感应平面11的一个边缘13，第二反射装置的第一和第二 反射器17和19也靠近此边缘13。
为便于描述，从此处起，提及多个数目的一个特征将被看作提及该特 征的每个示例，除非特别说明。具体地，提及光线子集将被看作提及第一 和第二光线子集10和14中的每个光线子集，提及感应平面将被看作提及 第一和第二感应平面4和11中的每个感应平面，提及反射装置将被看作提 及第一和第二反射装置8和12中的每个反射装置，提及第一反射器将被看 作提及第一反射装置8的第一反射器16和第二反射装置12的第一反射器17中的每个反射器，而提及第二反射器将被看作提及第一反射装置8的第 二反射器18和第二反射装置12的第二反射器19中的每个反射器。
从上所述，将会理解，当提及多个数目的第二特征来描述多个数目的 第一特征时，将被看作仅提及第二特征的相应示例来描述第一特征的每个 示例。例如，"光线子集10和14沿着感应平面4和11传播"将被看作"第 一光线子集10和14沿着第一感应平面4传播"以及"第二光线子集10 和14沿着第二感应平面11传播"。
要么第一反射器16和17要么第二反射器18和19将光线子集10和 14转换成平行光线。在本实施例里，第一反射器16和17将光线子集10 和14转换成平行光线，而第二反射器18和19是一个平面反射器，而重新 引导平行光线沿着感应平面4和11。因此，第一反射器16和17都重新引 导来自光源5的光线子集10和14到感应平面4和11，并将光线子集10 和14转换成平行光线。
在其它实施例里，第二反射器18和19将光线子集10和14转换成平 行光线，因此除了重新引导来自第一反射器16和17的光线子集10和14 外，还使得光线子集沿着感应平面4和ll传播。因此，第一反射器16和 17以及第二反射器18和19的功能性可以交换的。
回到本实施例，第一反射器16和17包括多个反射小平面20，每个小 平面都对应于一个垂直于光线子集10和14中相应光线的平面而倾斜，以 在平行于光线子集其它光线的方向上重新引导光线到感应平面。具体地， 每个反射小平面20关于两个轴倾斜，这两个轴与相应光线形成三个垂直正 交轴。更具体地，反射小平面20倾斜，使得光线子集10和14 (光线子集 10和14在到达反射小平面20之前是共面的)被重新引导而垂直于感应平 面4和11。然后第二反射器18和19 (它们是一个平面反射器)重新引导 光线子集10和14，使其相互垂直，沿着感应T面4和11。
在一个实施例里，第一反射器16和17是一个反射镜阵列，其中每个 反射镜形成一个反射小平面20。在其它实施例里，第一反射器16和17是一个集成多个小平面20的阶梯式反射镜。因此，第一反射器16和17可以 一体成型。例如，第 一反射器可以由塑料材料以阶梯式轮廓方式一体成型 制成，并在阶梯式小平面上涂敷上一反射涂层，从而形成多个反射小平面 20。
在本实施例里，第一和第二反射装置8和12的第一反射器16和17 分别靠近由第一和第二感应平面4和11设定的公共矩形平面的邻接边缘9 和13。类似地，第一和第二反射装置8和12的第二反射器18和19分别 靠近公共矩形平面的邻接边缘9和13，尽管与相应的第一反射器16和17 间隔分开。
第一反射器16和17能够一体成型为一个部件。第二反射器18和19 也可以一体成型为一个部件。第一反射装置8的第一反射器16和第二反射 器18可以一体成型为一个部件。第二反射装置12的第一反射器17和第二 反射器19也可以一体成型为一个部件。此外，第一反射器16和17以及第 二反射器18和19都可以一体成型为一个部件。
这样可以简化第一和第二反射装置8和12的装配，因为第一反射器 16和17以及第二反射器18和19或者其组合不一定是被独立安装。这样 也能够最小化对装配时分别校准第一反射器16和17以及第二反射器18 和19或其组合的要求，因为它们是在一体成型时就被预先校准了。
第一和第二反射器16、 17、 18和19可以是由金属、玻璃、塑料、合 成物、任何组合物、或任何其它合适材料制成，其有一个反射面、 一个反 射涂层、或其他能反射光的。
在本实施例里，触敏装置3包括一个触摸板21，并且光线子集10和 14在到达反射装置8和12之前是在触摸板的第一侧面22。
'在一个变体里，如图9和10所示，感应平面4和11是在触摸板21 的第二侧面23，第二侧面与第一侧面22相对，使得沿着感应平面4和11 的光线10和14中的至少一个光线被施加在或靠近触摸板21的触摸输入2阻断，从而使传感系统1能够确定触摸输入在触摸板上的一个位置坐标。
更具体地，沿着感应平面4和11的光线被触摸输入2阻断，在触摸输入2 的位置上阻碍了沿着感应平面4和11的光线。
在另一个变体里，如图11和12所示，感应平面4和11穿过触摸板 21，使得沿着感应平面4和11的光线10和14中的至少一个光线被施加在 或靠近触摸板21上的触摸2阻断，从而使传感系统1能够确定触摸输入在 触摸板上的一个位置坐标。更具体地，沿着感应平面4和11的光线被施加 在或靠近触摸板21上的触摸输入2引起的一个或多个反射、折射和散射阻 断。这样就在触摸输入2的位置上破坏了沿着感应平面4和11的光线的全 反射。
在触摸板21上方包括一个柔性接触层37。柔性层37保护触摸板21 ， 并且更柔软且更有触感。层37也确保在触摸输入位置处的光线子集10和 14仅当故意触摸而按压触摸板21时而不是当诸如灰尘之类的细小物体落 在触摸板上时而被阻断。
在第二变体的一个实施例里，触摸板21包括至少一个反射边缘24， 其形成至少一部分反射装置8和12，反射边缘24重新引导光线子集10和 14沿着感应平面4和11穿过触摸板21。
在本实施例里，光线子集10和14形成一个沿着感应平面4和11的正 交光线网格。所以，如果阻断了至少两个沿着感应平面4和11的光线，其 中一个光线来自光线子集10和14，且至少两个光线相交，那么，传感系 统1能够确定触摸输入2在触摸板21上的两个位置坐标，从而定位触摸板 l上的触摸输入2。
本实施例的触摸板21是一个透明的有机玻璃板，透过玻璃板，可以显 示可视信息。在第一反射器16和17以及第二反射器18和19之间行进的 光线子集10和14可以经过触摸板的一个边缘或穿过透明的触摸板21。在 其它实施例里，触摸板21有一个透明部分，是沿着触摸板的一个或多个边 缘有一个外围带状的形状，以允许光线子集10和14能够穿过触摸板21。透明部分可以是由诸如玻璃或有机玻璃的材料制成。
为便于描述，触摸板21呈水平方向。但是，可以理解，触摸板21可 以呈现许多其它方向。因此，第一侧面22是在触摸板21下方的区域，而 第二侧面23是在触摸板21上方的区域。触摸板21也可以是由其它材料或 复合材料制成。
光线子集10和14中的每个光线都经历一个从光源5到反射装置8和 12并沿着感应平面4和11的外出路径25。传感系统1还包括一个传感装 置26和一个回复反射器27a和27b，如图1、 2、 9、 19、 11和12所示。 回复反射器27a和27b靠近感应平面4和11的第二边缘28a和28b，第二 边缘28a和28b是在第一边缘9和13的对面，以重新引导光线子集10和 14中的每个光线沿着一个平行于外出路径25的返回路径返回到传感装置 26。可以理解，在本实施例里，有两个回复反射器27a和27b，各自靠近 第二边缘28a和28b，第二边缘28a和28b是在一个相应第一边缘9和13 的对面。
在一个变体里，如图3(b)和5所示，传感系统包括一个位于旋转反射 器15和光源5之间的分束器30。分束器30反射一部分入射光，并传送另 一部分入射光。因此，每个光线的外出部分31穿过分束器30后并沿着各 自外出路径25继续行进。接着，外出部分31沿着各自返回路径29返回， 由此外出部分31的返回部分32被分束器30重新引导到传感装置26。
在另一个变体里，如图3(a)和6所示，回复反射器27a和27b是一个 回射器，使得各个返回路径29与各个外出路径25有偏移。传感装置26 包括一个感应平面33和一个穿过感应平面的孔34。传感装置26被安置在 旋转反射器15和光源5之间，使得每个光线在各自外出路径25上穿过孔 34，并在各自返回路径29上入射到感应平面33。
可以理解，各个返回路径29不一定精确地平行于各个外出路径25， 但可以稍微与各个外出路径25偏离一个小角度，如图13(b)所示。这样的 情况(即偏离一个小角度)可以适用于两种情况，即各个返回路径29与各回路径29与各个外出路径25有偏移。
如第一和第二反射器16、 17、 18和19，回复反射器27a和27b可以 一体成型成一个部件，可以由金属、玻璃、塑料、合成物、任何化合物或 任何其它合适的材料制成，其有一个反射面、 一个反射涂层、或其他合适 的能反射光的。在本实施例里，传感装置26包括一个光学传感器，其优选 地包括一个半导体光电二极管。
具有一个或多个回复反射器27a和27b有明显的优势，即一个相应的 传感装置26可以被安置靠近每个准直光源5。在有一个单光源5的实施例 里，如在本实施例里，有一个特别的优势，即传感装置26可以是一个单独 的传感装置26，其被安置靠近单独的光源5，单独的传感装置用来感应沿 着各自返回路径29被反射返回的光线子集10和14。有利地，光源5、旋 转反射器15、传感装置26以及分束器30 (取决于哪种变体)，可以一起形 成一个单独的集成扫描和传感模块35的一部分。
本发明还提供了一个或多个校准传感器36，每一个都位于一个相应的 预设位置上。多个光线6中的一个相应光线入射到校准传感器36中的一个 相应传感器，从而能够确定多个光线的时间顺序，因此将能够识别每个光 线。在本实施例里， 一个校准传感器36被安置在第一反射器16和17中一 个反射器的末端处。传感系统记录多个光线6中一个光线入射到校准传感 器36的时间。这样就记录了一个扫描循环的起始时间。所以，能够计算出 一个扫描循环的长度，即扫描周期，即相继入射到校准传感器36之间的时 间间隔。
在使用旋转多角镜的实施例里，旋转速度通常是常数。所以，通过一 个扫描周期的简单线性函数，能够计算出发出多个光线6中一个特定光线 的时间。在使用校准或校正镜如MEMS镜的实施例里，速度是时间的正弦 函数。所以，通过一个扫描周期的逆三角函数，能够计算出发出多个光线 6中一个特定光线的时间。因此， 一个特定位置坐标被扫描的时间也是已 知的，因为它对应着特定的光线。这就允许传感系统1能够识别沿着感应平面4和11的哪些光线被触摸输入2阻断，接着传感系统1能够确定触摸 输入的位置坐标。
可以理解，有其它实施例仅拥有反射装置8和12中的一个反射装置。 在这些实施例里，仅能够确定触摸输入2的一个位置坐标，因为仅有一个 方向的沿着各自感应平面4和11传播的一个光线子集10和14。但是，可 以理解，可以产生穿过触摸板的其它方向上的光线，并使用其它装置进行 感应。例如，可以提供多个准直光源在靠近各自感应平面4和11的另一个 边缘，以产生在第二方向上的光线。也可以在一个对面边缘上提供多个传 感器，用来感应第二方向上的这些光线。从而能够确定触摸输入2的两个 位置坐标，因此能够确定触摸方位。
同样有实施例拥有不止两个反射装置。在一些实施例里，拥有不止两 个反射装置提高了传感系统1的精确性和准确性，因为可以在更多方向上 产生更多光线。在其它实施例里，拥有不止两个反射装置使传感系统1能 够确定触摸输入2的不止两个位置坐标。例如，如果能够确定三个位置坐 标，那么就能够计算出触摸输入的一个三维位置。在这些实施例里，对应 多个反射装置的多个感应平面可以是共面的、或堆叠的、或其组合。
本发明的传感系统1允许沿着感应平面4和11传播的光线子集10和 14被紧密间隔开，从而在感应触摸输入2时提供一个更高的分辨率。沿着 感应平面4和11的平行光线10和14之间的间隔可以达到大约lmm的量 级。
在另一个方面，本发明还提供一种在触敏装置上感应一个触摸输入的 方法。本发明这方面的一个优选实施例是一种包括上述传感系统1一些特
征的方法。
所以，本方法的优选实施例包括产生多个沿着不同于感应平面4的 一个或多个平面7的准直光线6;靠近感应平面4的一个边缘9，将至少光 线6的子集10转换成平行光线，并重新引导该光线子集沿着感应平面4。 沿着感应平面4的光线10中的至少一个光线被触摸输入2阻断，从而能够确定触摸输入的 一个位置坐标。
如上所述，产生的多个光线6沿着的一个或多个平面7也不同于第二 感应平面ll。本实施例还包括，靠近第二感应平面11的一个边缘13，将 光线6的第二子集14转换成平行光线，并在不同于光线第一子集10的方 向上重新引导光线第二子集14沿着第二感应平面11。从而光线的第一和 第二子集形成一个光线网格。至少一个来自沿着第二感应平面11的第二子 集14的光线被触摸输入2阻断，从而能够确定触摸输入的第二位置坐标。 产生的第一和第二光线子集10和14，使得它们互相垂直正交，并被均匀 隔开，从而光线网格是一个均匀正交的光线网格。
本实施例还包括重新引导光线子集10和14到感应平面4和11的第一 歩骤，以及重新引导光线子集沿着感应平面的第二步骤。要么第一步骤要 么第二步骤包括将光线子集10和14转换成平行光线。在本实施例里，第 一步骤包括将光线子集10和14转换成平行光线。
本实施例包括使用第一反射器16和17的相应反射小平面20以在平行 于光线子集的其它光线的方向上重新引导光线子集10和14的每个光线到 感应平面4和11。如上所述，每个反射小平面20关于一个垂直于相应光 线的平面而倾斜。
如上所述，触敏装置3包括触摸板21，光线子集10和14在被重新引 导到感应平面4和11之前是在触摸板的第一侧面22。
在一个变体里，感应平面4和11是在触摸板21的第二侧面23，第二 侧面是在第一侧面22的对面，使得至少一个沿着感应平面4和11的光线 10和14被施加在或靠近触摸板21上的触摸输入2阻断，从而能够确定触 摸输入在触摸板上的一个位置坐标。
在第二变体里，感应平面4和11'穿过触摸板21，使得至少一个沿着 感应平面4和11的光线10和14被施加在或靠近触摸板21上的触摸输入 2阻断，从而能够确定触摸输入在触摸板上的一个位置坐标。如上所述，触摸板21包括至少一个反射边缘24。本实施例还包括使 用触摸板21的反射边缘24来重新引导沿着感应平面4和11的光线子集 10和14穿过触摸板21。
通过从准直光源5发出至少一个光线射向旋转反射器15，从而以发散 光线形式而产生多个光线。
如上所述，光线子集10和14的每个光线经过从光源5到感应平面4 和11并沿着感应平面的各个外出路径25。本方法的实施例还包括，靠近 感应平面4和11的第二边缘28a和28b(它们在第一边缘9和13的对面)， 重新引导光线子集10和14的每个光线沿着平行于各个外出路径25的各个 返回路径29，回到光源5。本实施例还包括感应各个返回路径29上的光线 子集io和14的每个光线。
在一个变体里，本实施例包括使用位于旋转反射器15和光源5之间的 分束器30，使得每个光线的外出部分31穿过分束器30后沿着各自外出路 径25继续行进。然后，外出部分31沿着各自的返回路径29返回，从而外 出部分31的返回部分32被分束器30重新引导用于进行感应。
在另一个变体里，光线子集10和14的每个光线被重新引导沿着各个 返回路径29返回，各个返回路径与各个外出路径25有偏移。本实施例还 包括使用传感装置26，它具有感应面33和穿过感应面的孔34。如上所述， 传感装置26位于旋转反射器15和光源5之间，使得在各自外出路径25 上的每个光线穿过孔34，并在各自返回路径29上入射到感应面33。
如上所述，可以理解，各个返回路径29不一定精确平行于各个外出路 径25，可以稍微与各个外出路径25偏离一个小角度，如图13(b)所示。
本方法的实施例还包括使用一个或多个校准传感器36来确定多个光 线的时间顺序，从而能够识别每个光线。本发明提供许多优于现有技术的明显优势。可以产生任何形式的光线， 因为反射装置被设置成将光线反射成沿着每个感应平面的平行、均匀间隔 的光线。其中一个特别优点是光线可以是从一个单光源产生的发散光线。 这样可以极大降低所需组件的数目，特别是相对昂贵的准直光源，如激光。
另一个重要优点是来自光源的光线被转换成平行光线，并仅靠近感应 平面一个边缘被重新引导沿着每个感应平面。这样可以最小化光线的路径 长度，其在光线传播时可以最小化光损失和激光光斑尺寸增长。随后能够 改善传感分辨率和准确性而优于现有技术。每个第一反射器提供明显的优 势，即将光线转换成平行光线并仅利用一个反射器重新引导光线到各自的 感应平面。由于有多个反射小平面，可以最小化每个第一反射器的面积， 从而最小化整个系统尺寸并改善紧密性。
本发明的另一个优点是一个正交均匀的光线网格可以在感应平面上产 生。这样在探测触摸输入时产生更好且更一致的分辨率和准确性。
包括回复反射器同样降低了部件数目，特别是所需的传感装置的数目。 由于光线被反射返回每个相应光源，所需的传感装置数目对应光源数目。 在仅有一个单光源的实施例里，仅需要一个单传感器，此外，每个传感器 可被安置靠近对应的光源，由于它们被安置在一起，这便于安装和维护这 些部件。在优选实施例里，每个光源和相应传感器能够形成一个单独的扫 描和传感模块，进一步便于安装和维护。
在触摸板的实施例里，其它的优点还包括更好地保护部件，如光源和 传感器，由于这些部件被安置在触摸板的下方，因此与用户和外部环境隔 离。在一个或多个第二反射器是触摸板的一个反射边缘的实施例里，此优 点得到增强，因为每个第二反射器也与用户和外部环境隔离。在光线是在 触摸板的上方或穿过触摸板而被反射的实施例里，同样解决了由外来物如 落在触摸板上的粉尘或污垢阻碍光线而弓1起的错误探测的问题。
尽管已经参照具体示例描述了本发明，本领域技术人员将会理解，本 发明能够有许多其它形式的实施例。本领域技术人员也将会理解，所述的各种示例的特征能够以任何方式进行组合。
权利要求
1.一种在触敏装置上感应一个触摸输入的传感系统，本系统包括一个感应平面；一个准直光源，用来产生沿着一个或多个平面的多个光线，所述一个或多个平面不同于感应平面；和一个反射装置，靠近感应平面的一个边缘，用来将至少一个光线子集转换成平行光线，并重新引导该光线子集，使其沿着感应平面，沿着感应平面的光线中的至少一个光线被触摸输入阻断，从而使传感系统能够确定触摸输入的一个位置坐标。
2. 依照权利要求1所述的传感系统，包括第二所述感应平面，其也不同于准直光源产生的多个光线沿着的一个 或多个平面；和第二所述反射装置，靠近第二感应平面的一个边缘，用来将第二光线 子集转换成平行光线，并在一个不同于第一光线子集方向的方向上重新引 导第二光线子集，使其沿着第二感应平面，从而第一和第二光线子集形成 一个光线网格，沿着第二感应平面的第二子集的光线中的至少一个光线被 触摸输入阻断，从而使本传感系统能够确定触摸输入的第二位置坐标。
3. 依照权利要求2所述的传感系统，其中第一和第二光线子集是互相 垂直正交的，从而光线网格是一个正交光线网格。
4. 依照权利要求1所述的传感系统，其中反射装置包括第一反射器和第二反射器，第一反射器将来自光源的光线子集反射到到感应平面，而第 二反射器反射来自第一反射器的光线子集，使得光线子集沿着感应平面传 播。
5. 依照权利要求4所述的传感系统，其中第一和第二反射器中的一个反射器将光线子集转换成平行光线。
6. 依照权利要求5所述的传感系统，其中第一反射器将光线子集转换 成平行光线，而第二反射器是一个平面反射器，重新引导平行光线沿着感 应平面。
7. 依照权利要求6所述的传感系统，其中第一反射器包括多个反射小 平面(reflecting facet),每个反射小平面对应于一个垂直于光线子集的相 应光线的平面而倾斜，以在平行于光线子集的其它光线的方向上重新引导 各个光线到感应平面。
8. 依照权利要求1所述的传感系统，其中触敏装置包括一个触摸板， 其中光线子集在到达反射装置之前是在触摸板的第一侧面。
9. 依照权利要求8所述的传感系统，其中感应平面是在触摸板的第二 侧面，第二侧面是在第一侧面的对面，使得沿着感应平面的光线中的至少 一个光线被施加在或靠近触摸板的触摸输入阻断，从而使传感系统能够确 定触摸输入在触摸板上的一个位置坐标。
10. 依照权利要求8所述的传感系统，其中感应平面穿过触摸板，使 得沿着感应平面的光线中的至少一个光线被施加在或靠近触摸板上的触摸 输入阻断，从而使传感系统能够确定触摸输入在触摸板上的一个位置坐标。
11. 依照权利要求10所述的传感系统，其中触摸板包括一个反射边缘， 其形成至少一部分反射装置，反射边缘重新引导光线子集沿着感应平面， 在触摸板中穿行。
12. 依照权利要求1所述的传感系统，包括一个旋转反射器，其中准 直光源产生至少一个光线入射到旋转反射器，从而产生多条光线，其中多 条光线的方向互不相同，因而呈一个发散的形状。
13. 依照权利要求12所述的传感系统，其中旋转反射器包括一个旋转 多角镜。
14. 依照权利要求12所述的传感系统，其中旋转反射器包括一个 MEMS扫描镜。
15. 依照权利要求12所述的传感系统，其中光线子集的每个光线经历 一个从光源到反射装置并沿着感应平面的外出路径，传感系统还包括一个 传感装置和一个回复反射器，回复反射器靠近感应平面的第二边缘，第二 边缘是在第一边缘的对面，用来重新引导光线子集的每个光线沿着返回路 径而返回到传感装置，返回路径平行于外出路径。
16. 依照权利要求15所述的传感系统，包括一个位于旋转反射器和光 源之间的分束器(beam splitter),使得每个光线的外出部分穿过分束器而 沿着外出路径继续行进，然后，部分外出光线沿着返回路径返回，而外出 部分的返回部分被分束器重新引导到传感装置。
17. 依照权利要求15所述的传感系统，其中回复反射器是一个回射器， 返回路径与外出路径有偏移，其中传感装置包括一个感应面和一个穿过感 应面的孔，传感装置被安置在旋转反射器和光源之间，使得每个光线在外 出路径上穿过孔，而在返回路径上入射到感应面。
18. 依照权利要求15所述的传感系统，其中传感装置包括一个光学传 感器。
19. 依照权利要求18所述的传感系统，其中光学传感器包括一个半导 体光电二极管。
20. 依照权利要求12所述的传感系统，包括一个或多个校准传感器，每个都位于一个相应的预设位置上，多个光线中的相应一个光线入射到一 个相应的校准传感器，因此能够确定多个光线的时间顺序，从而能够识别 每个光线。
21. 依照权利要求1所述的传感系统，其中准直光源产生红外光线。
22. 依照权利要求1所述的传感系统，其中准直光源包括一个激光或 一个LED。
23. —种在触敏装置上感应一个触摸输入的方法，本方法包括产生多个沿着一个或多个平面的准直光线，这一个或多个平面不同于感应平面；禾口靠近感应平面的一个边缘，将至少一个光线子集转换成平行光线，并 重新引导光线子集，使其沿着感应平面，沿着感应平面的光线中的至少一 个光线被触摸输入阻断，从而能够确定触摸输入的一个位置坐标。
24. 根据权利要求23所述的方法，其中产生的多个光线沿着的一个或 多个平面也不同于第二所述感应平面，本方法包括靠近第二感应平面的一个边缘，将第二光线子集转换成平行光线，并 在不同于第一光线子集方向的方向上重新引导第二光线子集，使其沿着第 二感应平面，从而第一和第二光线子集形成一个光线网格，来自沿着第二 感应平面的第二光线子集中的至少一个光线被触摸输入阻断，从而能够确 定触摸输入的第二位置坐标。
25. 根据权利要求24所述的方法，其中第一和第二光线子集是互相垂 直正交的，从而光线网格是一个正交光线网格。
26. 根据权利要求23所述的方法，包括重新引导光线子集到感应平面 的第一步骤，以及重新引导光线子集沿着感应平面的第二步骤。
27. 根据权利要求26所述的方法，其中第一和第二步骤中的一个歩骤包括将光线子集转换成平行光线。
28. 根据权利要求27所述的方法，其中第一步骤包括将光线子集转换 成平行光线。
29. 根据权利要求28所述的方法，包括使用一个反射器的一个反射小 平面以在一个平行于光线子集中其它光线的方向上重新引导光线子集的每 个光线到感应平面，每个反射小平面关于一个垂直于相应光线的平面而倾 斜。
30. 根据权利要求23所述的方法，其中触敏装置包括一个触摸板，其 中光线子集在被重新引导到感应平面之前是在触摸板的第一侧面。
31. 根据权利要求30所述的方法，其中感应平面是在触摸板的第二侧 面，第二侧面是在第一侧面的对面，使得沿着感应平面的光线中的至少一 个光线被施加在或靠近触摸板上的触摸输入阻断，从而能够确定触摸输入 在触摸板上的一个位置坐标。
32. 根据权利要求30所述的方法，其中感应平面穿过触摸板，使得沿 着感应平面的光线中的至少一个光线被施加在或靠近触摸板上的触摸输入 阻断，从而能够确定触摸输入在触摸板上的一个位置坐标。
33. 根据权利要求32所述的方法，其中触摸板包括一个反射边缘，本 方法包括使用触摸板的反射边缘来重新引导光线子集沿着感应平面穿过触 摸板。
34. 根据权利要求23所述的方法，其中通过从准直光源发出至少一个 光线射向旋转反射器，而产生多条光线，其中此多条光线的方向互不相同，因而呈一个发散的形状。
35. 根据权利要求34所述的方法，其中旋转反射器包括一个旋转多角
36. 根据权利要求34所述的方法，其中旋转反射器包括一个MEMS 扫描镜。
37. 根据权利要求34所述的方法，其中光线子集中的每个光线经历一 个从光源到感应平面并沿着感应平面的外出路径，本方法还包括靠近感应平面的第二边缘，第二边缘是在第一边缘的对面，重新引导 光线子集的每个光线沿着平行于外出路径的返回路径回到光源；和感应在返回路径上光线子集的每个光线。
38. 根据权利要求37所述的方法，包括使用一个位于旋转反射器和光 源之间的分束器，每个光线的外出部分能够穿过分束器而沿着外出路径继 续行进，然后外出部分沿着返回路径返回，外出部分的返回部分被分束器 重新引导用于进行感应。
39. 根据权利要求37所述的方法，其中每个光线被重新引导而沿着返 回路径返回，返回路径与外出路径有偏移，本方法包括使用一个传感装置， 其具有一个感应面和一个穿过感应面的孔，传感装置被安置在旋转反射器 和光源之间，使得每个光线外出路径上穿过孔并在返回路径上入射到感应 面。
40. 根据权利要求37所述的方法，包括使用一个光学传感器来感应返 回路径上的每个光线。
41. 根据权利要求40所述的方法，其中光学传感器包括一个半导体光电二极管。
42. 根据权利要求34所述的方法，包括使用一个或多个校准传感器来 确定多个光线的时序，从而能够识别每个光线，每个校准传感器被安置在 一个相应的预设位置上，多个光线中的每个相应光线入射到一个相应的校 准传感器。
43. 根据权利要求23所述的方法，其中多个光线是红外光线。
44. 根据权利要求23所述的方法，其中多个光线是通过激光器或LED产生。
全文摘要
一种用来在触敏装置上感应一个触摸输入的传感系统，本系统包括一个感应平面；一个准直光源，用来产生多个光线沿着不同于感应平面的一个或多个平面；以及一个靠近感应平面一个边缘的反射装置，用来将至少一个光线子集转换成平行光线，并重新引导光线子集，使其沿着感应平面，沿着感应平面的光线中的至少一个光线被触摸输入阻断，从而使传感系统能够确定触摸输入的一个位置坐标。本发明也提供了一种在触敏装置上感应一个触摸输入的相关方法。
文档编号G06F3/042GK101593063SQ200910141870
公开日2009年12月2日 申请日期2009年5月19日 优先权日2009年4月29日
发明者冯耀军, 颖 刘, 蔡振荣, 陈守龙 申请人:香港应用科技研究院有限公司