具有损耗色散FTIR层的光学触摸屏幕的制作方法

本发明涉及一种用于电子设备例如智能手机、平板电脑、膝上型电脑、电子阅读器或手持游戏设备的光学触敏屏幕。

背景技术：

提供用于电子设备的触敏屏幕正变得日益普及。传统触摸屏幕装置可以包括LCD显示表面以及放置在LCD显示表面上的电阻性或电容性覆盖物。在电阻性触摸屏中，当压力经由覆盖物施加到LCD显示表面时，由控制器IC和设备驱动器或相似物生成表示该压力的相对位置的电子信号，其中，主机计算设备将这些信号解释为基于触摸的输入(例如键按压或滚动动作)。相似地，在电容性触摸屏幕中，覆盖物中产生的电场的扰动被用于确定触摸动作。

鉴于电阻性触摸屏幕的低成本、低功耗以及触笔支持，其尤其适宜很多应用。电阻性触摸屏幕通常包括被薄的空间分离的导电层和电阻层。当指点物(例如手指或触笔)触摸屏幕并且将压力施加至其时，在所述各层之间形成接触，由此有效地闭合开关并且使得电流流动。控制器确定层之间的电流以推导触摸点的位置。

然而，存在与电阻性触摸屏幕关联的多种缺点。首先，因为覆盖物原因，屏幕并非完全透明，并且在直射阳光下通常不易阅读。其次，这些屏幕受压敏层劣化的影响，并且还需要周期性重新校准。此外，需要施加压力以进行检测，因此，如果指点物施加的压力不足，则会未被检测到。最后，电阻性触摸屏幕不能分辨两个或更多个指点物同时触摸屏幕(称为“多点触摸”的功能)。

技术实现要素：

本发明寻求解决这些问题中的至少一些，并且提供在成本和可靠性方面改进的触摸屏幕。

根据本发明一方面，提供一种触敏屏幕装置，包括：屏幕，其包括光色散性且有损耗的底板；以及用于响应于外部主体在触摸点处触摸所述屏幕将光透射到所述底板上从而入射光在所述底板的表面上的位置表示所述触摸点在所述屏幕上的相对位置的部件，其中所述底板被配置为：使用扩散和能量损耗的良好受控机构捕获并且色散而且随后损耗其上入射的光的能量。所述底板的光色散特性使得：所述入射光的强度随着距所述底板表面上的所述入射位置的距离的降低近似为实质指数函数，所述装置还包括：至少一个传感器，其用于检测所述底板的各个边缘处的光的强度；以及处理部件，其用于从所述检测到的光强度和所述指数函数计算所述触摸点在所述屏幕上的相对位置，并且生成控制信号，该控制信号表示源自所述触摸点的所述位置的控制输入。

根据本发明的一个示例性实施例，所述装置可以包括：至少两个传感器，其用于检测所述底板的各个边缘处的光的强度，并且所述底板的光色散和损耗特性可以使得：由所述传感器检测到的光的强度比近似包括表示所述传感器距光在所述底板表面上的所述入射位置的各自距离之间的差的要素的实质指数函数。在此情况下，所述底板的光色散和损耗特性可以使得：所述强度比由所述传感器距光在所述底板表面上的所述入射位置的各自距离的实质上恒定的差来定义，而无论所述触摸点的相对位置如何。

底板可以包括光透明衬底，其掺杂有光折射和/或反射颗粒或分子。在此情况下，所述指数函数的梯度可以取决于使用所述光折射和/或反射颗粒或分子对所述底板进行掺杂的水平。

处理部件可以被配置为：调整所述相对位置计算以考虑所述传感器(一个或多个)的角度灵敏度。

根据本发明的示例性实施例，屏幕可以还包括光透明顶板，通过其与所述底板之间的物质与所述底板间隔开，并且所述装置可以还包括光源，其被配置为：照射所述顶板，从而当没有外部主体触摸所述屏幕时，所述照射光在所述顶板内被实质上全内反射。在此情况下，顶板与底板之间的物质的折射率将小于光色散性顶板的折射率。例如，所述顶板与所述底板之间的物质可以是空气。

光源可以位于所述顶板的边缘处，并且被配置为：以相对于顶板表面的预定入射角度用光线照射所述顶板，其中所述入射角度、所述顶板的折射率以及所述顶板与所述底板之间的物质的折射率可以使得：当没有外部主体触摸屏幕时，所述照射光在所述顶板内被实质上全内反射。

根据本发明另一示例性实施例，所述装置可以包括触笔，其在其端部处包括光源，并且被配置为：在所述屏幕上的触摸点处将光从所述光源透射到所述底板。

在此情况下，屏幕可以还包括光透明顶板，通过所述光透明顶板与所述底板之间的物质与所述底板间隔开，并且所述装置可以还包括光源，其被配置为：用受调制的光信号照射所述顶板。触笔可以包括光电检测器，其用于检测所述受调制的光信号，由此使得能够进行所述触笔与所述屏幕之间的双向通信。

处理部件可以被配置为：通过双曲线交点算法计算所述触摸点的所述相对位置。

附图说明

从仅通过示例的方式描述本发明实施例的以下描述并且参照附图，本发明的这些和其它方面将变得清楚，其中：

图1是根据本发明第一示例性实施例的触摸屏幕装置的示意性截面图；

图2是根据本发明第二示例性实施例的触摸屏幕装置的示意性截面图；

图3是根据本发明第三示例性实施例的触摸屏幕装置的示意性截面图；

图4是与(b)相对透明板相比在(a)具有“散射物”的有损耗板中的光传输的示意性表示；

图5是归一化实验光强度相对于距离的图形表示，示出安装在受掺杂的有损耗板的边缘处的光学传感器接收到的光强度；

图6(a)和图6(b)是示出与(b)关于干净板的现有技术方法相比(a)用于有损耗板的初始按压检测的所述算法的示意图；

图7是具有径向距离的光学传感器的角度灵敏度的图形表示；

图8是本发明示例性实施例中的位置精度和输入参照光检测系统噪声的关系的图形表示；

图9a是关于所描述双曲线交点算法示出两个对置传感器的示意图；

图9b是关于以极形式示出的双曲线示出图9a所示传感器的示意图；

图10a是示出双曲线的已知性质的示意图；

图10b是示出形成直角的三个传感器的情况的示意图；以及

图11是示出用于无论由顶部屏幕劣化所产生的背景信号水平增加如何都保持电子信号处理路径的动态范围的技术的示意图。

具体实施方式

参照附图中的图1，根据本发明第一示例性实施例的触摸屏幕装置包括光透明顶板10以及位于其一个或多个边缘处的一个或多个光源12。可以通过任何光透明材料(例如玻璃或丙烯酸系树脂)形成顶板10，并且并非意在对本发明在这方面有任何限制。本领域技术人员应理解，光源可以包括LED或另外已知的光源。可以根据需要在光源12与顶板10的边缘之间提供透镜(未示出)，以聚焦和/或横向扩散照射光。光源可以包括红外或强度调制，从而所述装置在明亮环境条件下有效地工作。可以提供多个光源，在此情况下，通过唯一地调制每个光源，可以增强用于精确检测触摸位置的能力。

应理解，光的强度越大，信噪比将越高，因而结果的精度将越高。然而，功耗与信号的强度成正比。因此，在适当的时间(例如，在触摸前检测阶段期间)，通过调整调制信号的占空比，和/或通过使得调制突发，和/或通过改变光源(一个或多个光源)中的电流，可以在优化系统的信噪比的同时增强电效率。可以通过动态地调整屏幕的所选区域处的一些光等级、同时减少其它区域处的一些光等级来实现对系统的其它增强。例如，当已经检测到触摸并且获知其位置时，该区域中的亮度可以增加，以允许在可以减少屏幕的其它区域中的亮度以节省功率的同时跟踪触摸。

在顶板10下方，存在折射率比光透明板的折射率小的可选中间层14。在所示示例中，中间层14包括空气，但用于中间层14的物质仅受限于其具有比用于顶板10的材料更低的折射率的要求，并且本发明并非意图以任何其它方式受限于此。

顶板10受光源(一个或多个光源)12照射，从而在顶板10内产生光的全内反射。全内反射是当入射光波相对于表面的法线以大于特定临界角的角度到达媒介边界时产生的现象。如果在边界的另一侧折射率较低并且入射角度大于临界角，则光不能穿过边界，并且在介质内完全反射。

如果指点物(例如手指或触笔22)触摸顶板10，则顶板10内的全内反射由于受抑全内反射(FIR)而中断，使得一些光23透过顶板10和中间层14。来自柔软指点物(例如手指)的增加的压力使得更大区域的全内反射光被中断，增加受抑干扰的程度，并且某种程度上，仿拟触摸该屏幕的对象的形状。因此，指点物的形状可以用于执行其它动作：例如，一旦已检测到手指触摸并且确定了其形状，则可以通过在屏幕上旋转手指来执行动作，其形状的改变将是可检测的、因而可动作的。

本发明第一示例性实施例的触摸屏幕装置还包括光色散性且有损耗的底板18以及位于其边缘处的光电检测器20。底板18具有色散性质，其使得从上面入射的光朝向其边缘色散，并且从该板的上表面和下表面受到损耗，以此方式形成显式有损耗板。本领域技术人员应理解，可以通过多种不同方式实现这种色散性质。例如，板18可以在其中嵌入微观光折射和/或反射颗粒或分子18a。这些分子将使得其上入射的光被折射和/或反射，因而在底板18内散射，由此产生散射/损耗以及光穿过板18朝向边缘扩散开(并且使得光通过该板的上表面和下表面而损耗)，从而其可以由光电检测器20检测。本领域技术人员应理解，提供具有相似的色散和损耗性质的底板18的其它方法可以包括：以衍射/色散物质涂敷底板18，或表面图案化。

因此，当指点物(例如手指、触笔等)22触摸顶板10因而使得光通过顶板10和中间层14到达底板18时，其色散/损耗性质使得从上面入射的光通过板18而朝向边缘以有损耗方式(如上所述)色散并且散射，从而所述光的部分被光电检测器20所检测。应理解，顶板10被触摸的位置将决定光入射到底板18上的相对位置，因而决定所述入射光距底板18的边缘的距离(即光需要行进以到达光电检测器边缘的距离)。因此，由光电检测器检测到的光的相对量将完全取决于顶板10被触摸的位置，因而取决于光入射到底板18上的位置。

应理解，有损耗底板的散射/色散性质增加了被该板捕获的光的量以及其在横向方向上被色散和衰减的方式。因此，该性质可以用于控制所捕获的光随着距源触摸的距离的衰减行为，从而可以唯一地计算触摸点的位置，并且触摸位置的精度受控。还期望通过控制底板18中所嵌入的散射/色散材料的浓度分布来控制受衰减的捕获光随距离的分布。

无论如何，提供处理部件(未示出)，以用于从光电检测器接收表示所检测到的光的量和强度的数据，因而计算顶板10上的触摸点的位置以及触摸的性质和/或形状。因此，通过比较每个光电二极管处的相对强度及其相对位置并且获知底板18的色散和衰减性质，可以计算一个触摸或甚至多个触摸的位置和性质。设备驱动器(未示出)于是将能够将所得数据解释为基于触摸的输入(例如键按压或滚动动作)。

因此，根据上述本发明示例性实施例，提供一种触敏顶部屏幕，其中注入到该顶板的边缘中的光由于全内反射(TIR)现象而被包含在内。由于“倏逝”或受抑内反射(FIR)现象，触摸该顶板的表面会释放小该光当中的一小部分。应理解，由于受抑内反射而射出的这部分光包括顶板中非常小部分的光。

从顶板光中释放的这种小百分比的光于是被引导到底板上，底板被有意掺杂有反射/折射颗粒，以使得其关于沿其长度行进的光具有有大损耗。此外，初始时在底板中捕获从顶板出射的仅小百分比的光。底板进行重掺杂，使得在横向方向上底板接近不透明。底板的边缘处的传感器检测到达边缘的该小百分比的光，并且如以下讨论所示，将此转换为位置信息。

接下来，将详细描述顶部和底板的操作以及用于检测触摸位置的技术。

使用当触摸时由于FIR而出射的倏逝光与现有技术相比具有若干优点，例如“波束阻断”或检测正被手或手指反射的漫射光。这些优点包括、但不限于更清楚地检测手指或触笔何时触摸屏幕(而非轻微地处于其上方)以及至少某种程度上指示触摸压力的变化。由于关于减少光源和传感器数量的潜能，另一优点是成本。

在将相机直接用于对这种当触摸时由于FIR而出射的光进行成像的情况下，或者在将这种光重定向到屏幕边缘处的检测器阵列以对位置进行成像的情况下，使用当触摸时由于FIR而出射的倏逝光已经成为一些研究的主题。然而，本发明实施例的基本新颖特征之一是使用当顶板受触摸时由于FIR而出射的倏逝光，并且有意将其与下方的有损耗板结合使用以计算位置，而无需传感器矩阵直接对触摸位置进行成像。具体地说，对有损耗板进行掺杂，以在给定的带宽/响应时间中给出对于最大定义距离处的给定触摸分辨率必要的所需损耗系数。

利用由于倏逝按压而发射的少量光等级(其为比例如激光指点物的数量级更小的数量级)，并且假定该光中仅很小百分比被有损耗的下漫射板所捕获，那么使用通常使入射到待检测边缘的光中的仅小百分比透过的下板看似与直觉相反。然而，发明人已经开发出用于精确触摸检测的新型方法。

当考虑由光检测器检测的信号时，清楚已知的现象是：在传感器和任何放大/检测电路中，电随机噪声将总是存在。取决于信号关于位置的特性，这种噪声将产生按压位置精度方面的不确定性。当然，可以对该信号进行平均或滤波或其它处理，以减少噪声的影响，但这将带来减少带宽并增加用于检测精确按压位置的时间的公知的影响。

使用有损耗板以检测位置解决了该需求，以在给定的带宽/时间内实现特定位置精度。现在可见，有损耗板具有以受控方式随距离而损失能量的独特优点，因而对于给定的噪声等级给出了距离方面更高的精度。

以下详细描述针对给定噪声等级的位置精度的数学分析。

在强度相对于距离的斜率与针对给定噪声等级的位置精度之间的关系：

我们已知，在有损耗板中，由光学传感器接收到的光强度可以通过下式与距离有关：

其中，I是光学传感器处的光的强度，I₀是在其注入到板中的情况下外推的光强度，K_L是如上所述取决于掺杂浓度的常数，且x是从光的注入点到光学传感器的距离。

对此进行微分，我们得到：

因此：

现在，如果我们将I_N定义为输入参照噪声电流rms/√Hz，并且将B定义为系统的有效带宽，则我们得到dI＝I_N*√B。

此外，如果我们将Δx定义为所计算的按压的位置在±3标准偏差(如附图中的图8中所示)的距离不确定度，其占归因于随机电子噪声的高斯性质的所有情况的99.7％，则我们可以将式(b)重写为：

例如，在本发明的一个示例性实施例中，其中，I_N＝250fA//√Hz、B＝10Hz、K_L＝22mm、I₀＝1997pA、x＝80mm，给出如下的精度：

Δx＝+-1mm

应清楚地注意到，归因于有损耗板是薄的，所以在垂直方向上有损耗板的透明性与无损耗板的透明性相似。有损耗板仅在横向方向上是相对不透明的。

应注意，将新型用途的有损耗板用于位置检测是与直觉相对相反的，并且与现有技术装置中所采取的方法完全相反，其中，设想用于在相对高亮度激光指点物的情况下使用的低损耗无接触屏幕(例如，比如，在WO2008/018768中)。这种现有技术使用磷光体并且有意避免在板内部使用散射材料，以尝试并且消除尽可能多的板内损耗[35,97,161,39,54,90,99]。本发明的各方面的要素在于控制下板中的损耗以改进位置精度。该方法关于所使用的检测算法具有分歧。

除了具有更高的位置精度，使用用于在板内部使光散射的相对廉价的反射/折射颗粒与使用磷光体(其发射然后再照射入射光)相比具有成本优势。

图4中的示图例举使用散射的有损耗底板与基于使用磷光体的相对透明板的方法之间的操作模式的差异。

具有检测顶部屏幕上的倏逝按压所需的浓度的散射颗粒的有损耗底板可以被示为给出了为指数(出于所有实际目的)的强度分布。

图5中的坐标图示出针对线性距离以对数方式绘制的从该板取得的实验数据。该关系很符合理论。

应注意，本发明的新颖方面在于，用于使光散射的掺杂物的浓度和类型将影响该强度针对距离的梯度。根据本发明各方面，可以有意地选择该浓度，以在给定电子噪声等级和给定带宽/响应时间的情况下实现所需的位置精度，如以上已经讨论的那样。

因此，本发明示例性实施例的新颖方面是利用该有损耗板的特性以确定按压的位置的方式。

可以示出，由于有损耗板中的光的强度出于所有实际目的是指数的，并且在此情况下，强度可以表示为下式。

其中，I₁是在传感器(1)处所测量的强度，I₀是处于距传感器(1)的距离d₁处的被板捕获的光的初始强度。K_L仅是(以对数方式绘制的)确定强度针对距离的斜率坐标图的常数。

使用上式1以求解关于两个传感器(1和2)的强度的比，下式产生：

通过取两侧的自然对数重新排列该式给出：

可见，如果测量了一对传感器所检测的信号强度(I₁和I₂)的比，然后确定该板上具有恒定信号比的路径，则路径将服从d₁-d₂的值为常数的过程。

已知该路径描述了双曲线(例如参照：http://mathworld.wolfram.com/Hyperbola.html)。

这应与现有技术装置(例如WO2008/018768)形成对比，其利用这样的事实：对于相对透明板，关于两个传感器的强度的恒定比产生距离的恒定比(“d₁/d₂是常数”)，而在上述有损耗板的情况下，d₁-d₂是常数，而d₁/d₂不是常数。

参照附图中的图6，以更清楚地强调这些差异。

应注意，由于有损耗板的远更受控的性质，光强度的分布良好地受控，因此无需(例如WO2008/018768中所使用的)回归分析，并且如上所述，选取反射/折射/散射材料的特定浓度以在噪声的情况下控制位置精度。

适合于在本发明示例性实施例中使用的算法使用来自两对传感器的双曲线交点以确定按压的第一近似位置，并且其进一步受处理以考虑传感器的有限角度灵敏度，如下所述。

通过双曲线交点确定按压位置：

双曲线交点算法的基础

考虑附图的图9a中所示的两个对置传感器S₁和S₂。

对于关于距离特性的指数信号强度，至于专利中所描述的损耗底部或接收机板的情况，于是可以示出：

其中，I₀是所外推的在板上入射的光的强度，K_L是取决于板的特性的常数。

因此：

因此：

d₂-d₁＝K_L.In(R₁₂)………………………………………………………等式i

可见，具有恒定比R₁₂的路径是以下参照附图中的图9b以极形式示出的双曲线：

使用来自式i和式ii的结果，我们得到：

其中，a＝K_L.ln|R₁₂|/2，并且e＝d/(K_L.ln|R₁₂|)

应清楚地注意，通过测量R₁₂即两个传感器S1与S2之间的光强度的比，并且获知d(两个传感器之间的距离)以及K_L(板的性质)，可以对于任何成对传感器完整地计算a和e。

考虑附图的图10a中所示的双曲线的已知性质。

FP＝从焦点到双曲线上的点的距离

PD＝从双曲线上的点到准线的距离

双曲线的公知的性质是：

e＝FP/PD.................................................等式iv

现在考虑形成直角的三个传感器S1、S2和S3，并且其示意地示出于附图的图10b中。

从式iv，我们可见：

r₁₂＝e₁₂.D₁₂

并且相似地，

r₁₃＝e₁₃.D₁₃

并且由于r₁₂＝r₁₃，因此

D₁₂/D₁₃＝e₁₃/e₁₂..........................................等式V

现在，如果按压处于笛卡尔位置(x_p，y_p)，则我们从先前所示的双曲线的性质获知：

以及

在式(v)中使用此关系，我们得到：

其中如前所示，可以从成对传感器之间的光强度的比确定所有e₁₂、e₁₃、a₁₂、a₁₃。

可以使用传感器2、3和4以及所确定的另一直线推导与式vi相似的式。

这两条直线的交点是光注入到板中的位置，因而是按压位置。

上式仅对于彼此成直角的成对传感器是有效的。

可以推导用于传感器A、B、C的更普通的式，并且给出为：

其中，e_xy和a_xy具有它们关于传感器x和y的通常意义，φ和Θ是准线AB和AC分别相对于竖直笛卡尔轴的角度。

使用该方法需要三个独立传感器以生成一条直线，并且需要至少两条直线以生成截距点，因而确定按压位置。

然而，由于系统中的噪声的出现，有利的是，使用多个传感器组合，以改进所确定的光源、触摸按压、位置的总体精度。

对于给定数量的传感器(n)，于是独立直线的数量由L给出，从而：

L＝n！/(n-3)！.3！

实际上，关于屏幕的任何给定区域谨慎选择待使用的传感器可以在出现噪声时增强所计算的按压位置的精度。

几何方法绝不是对于问题的唯一解，并且还通过三角法确定解(这仅需要三个传感器以确定触摸位置)；然而，这种解从计算的观点来看更为复杂，因而未赋予其自身简单的数字实现方式。

应注意，虽然在该特定实施例中，可以使用上述算法；但本发明并非一定意图受限于此，并且用于确定位置的多种方式可以看作对多个联立方程的解。本领域技术人员可以通过很多方式求解它们，例如，但不限于，求解矩阵和/或迭代解。

为了找寻关于按压的精确位置，还需要考虑传感器的有限角度灵敏度，因为在真实系统中，光学检测器具有取决于到达传感器的入射光的角度的灵敏度。合并该现象是如何使用算法的新颖方面。应理解，与强度针对距离的关系不同，对于传感器，通过可以包括任何光成形、透镜化和/或用于将光从板的边缘引导到光学检测器的反射/折射表面的设计的方面确定强度针对角度的关系。

在图7中，示出本发明中所使用的一个实施例的角度灵敏度，但本发明绝不意图受限于此。

因此，当确定按压的位置时，算法必须不仅考虑成对传感器之间的距离的恒定差的直线的双曲线交点，而且还考虑对于不同传感器提出的不同解的角度灵敏度的改变。

现将更详细地描述该示例性实施例中实现该方面的方式，但如上所述，对于本领域技术人员，例如使用矩阵求解这些联立方程的其它方法将变得清楚。

考虑光学传感器的角度灵敏度的细化按压位置：

取决于传感器、反射器和或光器件的形状/性质，它们将响应于在它们上入射的光的角度来展现某种程度的变化。如果将要计算该正确的触摸位置，则仍需要考虑光强度的这种角度变化。

应理解，考虑光学传感器的角度灵敏度计算触摸的位置方面的这种细化是对上述算法的补充，上述算法首先近似假设传感器的恒定角度灵敏度。

虽然不限于此，但对于一个实施例采用的方法是基于上述算法使用迭代计算。

在第一实例中，板的中心可以用作初始估计的位置，或可以基于对置传感器信号等级以及它们的已知的位置进行初始估计。

使用该初始估计的触摸位置，待由上述算法使用的传感器等级可以单独地受调整，以考虑在所估计的触摸位置相对于每个传感器的法线的角度的情况下的响应度的变化。

传感器选择以及用于每个传感器的所调整的强度等级于是由上述算法使用，并且算法首次运行。

算法将如上所述基于来自多个优先化的传感器(其在该示例性实施例中可以是5个传感器)的信息的平均截距点返回平均触摸位置，但不限于此。

该新的所估计的触摸位置将比初始估计更接近实际触摸位置。

该新的所估计的位置于是再次用于考虑每个传感器的角度灵敏度，并且在上述算法中调整用于每个传感器的强度的值。

上述算法再次运行，并且细化的触摸位置得以推导。

这种迭代方法可以重复，直到所计算的触摸位置变得更接近真实位置，每次误差变得越来越小。

为了估计按压位置是否已经确定为可接受的精度等级，在算法的每次运行的结束，执行简单测试，其用于确定关于上述算法中所使用的每个独立成对直线所获得的截距点中的每一个的距离的平均变化。

通过对于按压位置精度的所需等级设置适当的阈值等级，因此可以发现算法何时已经将准确按压位置确定为所需的精度。

因此，根据本发明各方面，提供一种触敏屏幕装置，包括：屏幕，其包括光学有损耗底板，在垂直方向上是相对透明的，但在横向方向上是损耗的，并且被配置为：散射并且从而耗散而且色散其表面上入射的光，所述装置还包括：用于响应于外部主体在触摸点处触摸所述屏幕将光透射到所述板上的部件，所述光入射到所述底板上的位置表示所述触摸点的相对位置；光电检测部件，位于所述底板的边缘处，以用于检测由此所色散的光；以及处理部件，用于从所述检测到的光计算所述触摸点的相对位置，并且生成控制信号，该控制信号表示源自所述触摸点的所述位置的控制输入。

可以通过要么单独计算同时触摸位置要么使用单个位置确定和一系列触摸的组合来实现多触摸功能。例如，能够通过检测与在时间上分离的多个单次触摸关联但与单个动作关联的光等级的改变来提供多触摸功能：检测并且标识第一触摸，并且在该触摸保持在位的同时，加入第二触摸，其进一步改变光等级并且可以因此得以检测。如果第一触摸保持恒定，则第二触摸的移动所产生的改变可以起作用。设备驱动器(未示出)将于是能够将所得数据解释为基于触摸的输入(例如键按压或滚动动作)。

在优选实施例中，多个光电二极管用于检测底板上入射并且由底板色散的光。

本发明因此提供一种制造相对低成本、可靠触摸屏幕的部件，其可以根据需要适用于一个或多个触摸屏幕应用，并且也根据需要相对容易地可适用于弯曲的、柔性的或复杂的形状或模制件。使用受调制的可见光源、受调制的红外光源或未受调制的红外光源使得所描述的技术在各种照明条件下是鲁棒并且灵活的技术。如果将要使用可见光，则光将需要受调制，以将其区分于周围光。然而，如果使用红外源，则可以根据需要对它们进行调制或不调制。然而，应理解，周围照明在该检测处理中看作入射信号，并且故此，该特征可以是系统中有用的特征，例如，以增加或降低显示屏幕的背景照明。

此外，通过在频率、相位或码中唯一地调制每个光源或光源群组，可以实现增强的检测系统。例如，为了解析按压的位置，如果一个光源在具有0度相移的频率处受调制，而另一个相对相移例如90度，则可以确定按压最靠近哪个光源。本领域技术人员应理解，为了实现各种其它增强，其它调制方案也是可能的。

所描述的系统的另一特征是其用于在已知位置处通过使用显示屏幕上的一系列亮区域自身校准显示屏幕与触摸检测之间的对准并且然后将它们与由光电检测器检测的亮区域的位置相关的能力。为此，可以使用光的低频调制“点”，或甚至可以在黑暗中使用DC光(从而周围光不干扰校准处理)。

该系统的另一特征是补偿因刮擦或灰尘或油脂导致的顶部屏幕的劣化的方式。

由于顶部屏幕暴露于环境，因此其可能变得受刮擦和或拾取灰尘或油脂，这将把某种光注入到底板中。这在自身权限方面对于使用光强度的改变以确定触摸的所设想的触摸检测方法并非问题。然而，顶部屏幕上的刮擦和或灰尘和油脂的增加量确实在长时间段上增加底板中可见的背景光强度，因而减少对于与每个光电二极管通道关联的电子信号处理路径可用的动态范围。

用于解决该问题的新颖解决方案是将与驱动光的信号实质上反相的补偿信号(一个或多个)在适当点处注入到电子信号路径中(适当地允许信号处理路径的任何附加相移。)该补偿信号(一个或多个)的幅度可以在长时间段上自动地受控，从而允许顶部屏幕的任何逐渐劣化。附图的图11中示意性示出该实现方式的示例。

参照附图中的图2，根据本发明第二示例性实施例的触摸屏幕装置包括光色散性且有损耗的底板30以及位于其各个边缘处的一个或多个光电检测器32。底板30具有色散性质，其使得从上面入射的光朝向其边缘色散，以此方式形成显式有损耗板。再次，本领域技术人员应理解，可以通过多种不同方式实现这种色散性质。例如，板30可以使得其中嵌入微观光折射和/或反射颗粒或分子18a。这些分子将使得其上入射的光在底板30内折射和/或反射，因而散射，并且某部分通过顶部表面和底部表面损耗，由此穿过板30朝向边缘产生光的散射/损耗以及扩散，从而其可以由光电检测器32检测。

提供触笔34，其包括在其“笔尖”36中或其处的光源36a。当包括光源36a的触笔笔尖36触摸或受引导朝向来自光源36a的光透射或耦合到的板30时，板30及其色散性质使得其上入射的光通过板30朝向边缘色散，从而所述光的至少一部分由光电检测器32检测。应理解，触笔受触摸的板30上的位置将确定入射光距板30的边缘的距离(即光需要色散以到达光电检测器边缘的距离)。因此，由光电检测器32检测到的光的量将完全取决于板30被触摸的位置以及从触笔发射的光的强度。

应理解，底板的散射/色散性质增加被板捕获的光的量并且还有其在横向方向上受色散并且衰减的方式。因此，该性质可以用于控制所捕获的光随着距源触摸的距离的衰减行为，从而可以唯一地计算触摸点的位置，并且触摸的位置的精度受控。还可以通过控制底板30中所嵌入的散射/色散材料的浓度的分布来控制随着距离的受衰减的所捕获的光的分布。

无论如何，再次，都提供处理部件(未示出)以用于从光电检测器接收表示由此检测到的光的量和强度的数据，因此，计算触摸点的顶板10上的位置以及触摸的触摸点和性质。因此，通过比较相对强度并且获知底板18的色散和衰减性质，可以计算一个触摸或甚至多个触摸的位置和性质。设备驱动器(未示出)于是将能够将所得数据解释为基于触摸的输入(例如键按压或滚动动作)。

在优选实施例中，多个光电二极管可以再次用于检测底板上入射并且由底板色散而且衰减的光。

再次参照附图中的图2，所述装置可以可选地包括另一光源38，其可以受调制以表示数据。在此情况下，触笔34可以还包括光电检测器40，其用于从所述光源38捕获受调制的光信号，以使得能够在触笔与主机计算设备之间进行双向通信。在此情况下，可以在底板30上提供光透明顶板(未示出)，其之间具有空气间隙，如在参照附图中的图1所描述的实施例中那样。在此情况下，来自光源38的光的入射的角度优选地被配置为：在顶板中产生光的全内反射，如在先前所描述的实施例中那样。

应理解，可以使用多个触笔，具有或没有唯一标识(即它们的各个光源的调制)，并且具有或没有它们之间的几何关系。此外，触笔可以具有以几何方式配置的多于一个的光源，从而可以检测触笔的定向。该实施例中的触笔可以是光源和光电检测器的任何配置。其无需是传统笔形状，而可以包括任何合适的形状，或可以合并到另一对象或设备中，并且可以甚至包括另一屏幕。

参照附图中的图3，根据本发明第三示例性实施例的触摸屏幕装置包括光透明底板40以及位于其各个边缘处的一个或多个光电检测器42。一个或多个光源50提供于屏幕的外部，并且成角度，从而在触摸屏幕区域上经过的对象(例如手)将光向下反射到底板40上。以此方式，可以识别手势(例如手挥动(例如，以指示命令))。这种配置特别适合于检测大型“扫描”动作，例如，可以表示翻动书的页面等。然而，应理解，图3中所示的装置可以通过提供顶板(例如参照图1所描述的实施例中所提供的顶板)得以进一步增强，以给出检测手指或触笔触摸的增强的能力，并且识别其它手势。

本领域技术人员应理解，在不脱离所要求的本发明的范围的情况下，可以对所描述的实施例进行修改和改变。