光学触摸屏的制作方法
【专利说明】
[0001] 相关申请的交叉参考
[0002] 本申请要求如下美国临时专利申请的优先权权益：
[0003] ?由发明人 Erik Rosengren、Robert Pettersson、Lars Sparf 和 Thomas Eriksson 在 2013 年 6 月 4 日提交的、名称为"MULTI-TOUCH OPTICAL TOUCH SCREENS WITHOUT GHOST POINTS(没有假性触摸点的多点触摸光学触摸屏）"的美国临时专利申请 No.61/830, 671 ；
[0004] ?由发明人 Richard Berglind、Erik Rosengren、Robert Pettersson、Lars Sparf、Thomas ErikssoruGunnar Martin Frdjdh 和Xiatao Wang 在 2013 年6 月 10 日较 的、名称为"CIRCULAR MULTI-TOUCH OPTICAL TOUCH SCREENS(圆形多点触摸光学触摸屏）" 的美国临时专利申请No. 61/833, 161 ;
[0005] ?由发明人 Remo Behdasht、Erik Rosengren、Robert Pettersson、Lars Sparf、Thomas Eriksson 在 2013 年 12 月 22 日提交的、名称为"OPTICAL TOUCH SCREENS WITH TOUCH-SENSITIVE BORDERS (具有触敏边界的光学触摸屏）"的美国临时专利申请 No.61/919, 759 ；
[0006] ?由发明人 Richard Berglind、Erik Rosengren、Robert Pettersson、Lars Sparf、Thomas ErikssoruGunnar Martin T-r0j(ih 和 Xiatao Wang 在 2013 年 12 月 4 日提交 的、名称为"CIRCULAR MULTI-TOUCH OPTICAL TOUCH SCREENS(圆形多点触摸光学触摸屏）" 的美国临时专利申请No. 61/911,915 ;
[0007] ?由发明人 Per Rosengren、Stefan Holmgren、Erik Rosengren、Robert Pettersson、Lars Sparf 和 Thomas Eriksson 在 2014 年 I 月 6 日提交的、名称为 "MULTI-TOUCH OPTICAL TOUCH SCREENS WITHOUT GHOST POINTS (没有假性触摸点的多点触 摸光学触摸屏）"的美国临时专利申请No. 61/923, 775 ;以及
[0008] ?由发明人 Karl Erik Patrik TsIordsUdm、Per Rosengren、Stefan Holmgren, Erik Rosengren、Robert PetterssoruLars Sparf和 Thomas Eriksson 在 2014 年3月11日提交的、名称为"OPTICAL TOUCH SCREENS(光学触摸屏）"的美国临时专利申 请 No. 61/950,868。
[0009] 通过参考将这些申请的内容全部结合于此。
技术领域
[0010] 本发明的领域为基于光的触摸屏。
【背景技术】
[0011] 许多消费性电子设备现在都构建有触敏表面（追踪垫（track pad)或触摸屏），以 供手指或触笔触摸用户输入之用。这些设备的范围从诸如移动电话和车载娱乐系统之类的 小型屏幕设备到诸如笔记本计算机之类的中型屏幕设备，再到诸如机场的检入站之类的大 型屏幕设备。
[0012] 在计算技术中，多点触摸（或多点触控）是指触摸感测表面的、识别存在与该表 面接触的两个或更多个点的能力。这种多点感知经常用来实现高级功能，诸如捏拉缩放或 启动预先规定的程序（维基百科（Wikipedia)，"多点触摸（multi-touch)"）。微软公司 (Microsoft Corporation)的视窗（Windows) 8操作系统需要支持最少5点数字化仪的触摸 屏。m^iNDa\vs'K是微软公司的注册商标。
[0013] 本发明涉及基于光的触敏表面。基于光的触敏表面利用光发射器和光检测器包围 表面边界以在该表面上面产生光束网格。触摸该表面的物体阻挡光束的对应部分。
[0014] 参照图1，图1是现有技术的基于光的触摸屏的图示，该触摸屏具有16个LED和 16个H)。在图1中，屏801由沿着两个边缘的发射器101和沿着其余两个边缘的光电二极 管（PD)接收器201包围，这些发射器101和接收器201 -起能够形成覆盖该屏的光束300 的网格。
[0015] 基于光的触摸检测系统不能精确地识别与表面接触的两个或更多个点的许多情 形。参照图2和图3,图2和图3是在现有技术的触摸屏中的不确定的多点触摸检测的情形 的例示图。图2和图3示出了两个对角相对的触摸901和902的不同情形，相对于图1的 光网格来说，触摸901和902是不确定的。如图2和图3所示，相同的光束在两种情形下都 被阻挡。
[0016] 当多于两个的物体同时对该屏进行触摸时，还有进一步的不确定性。参照图4和 图5,图4和图5是在现有技术的触摸屏中的假性触摸（ghosted touch)的情形的例示图。 相比于图4中所示的三点触摸的情况以及相比于图5中所示的四点触摸的情况，图2和图2 中所示的两点触摸的情况也是不确定的。在图2至图5中所示的情况当中的每种情况下， 行和列ro a-h都示出了在相同位置处不存在光。图4和图5中所示的不确定性是由于"鬼 影"（也称为假性触点）引起，"鬼影"是指第一物体的阴影遮蔽第二物体并且妨碍该第二物 体被检测到的作用或影响。
[0017] 相比于其它触摸传感器技术，诸如电容式和电阻式方案，基于光的触摸屏具有许 多优点。尤其是，基于光的触摸屏使得材料清单（bill-of-material)成本能够比电容式方 案低，特别是对于大型屏来说。基于光的触摸屏比电容式和电阻式方案优越的原因还在于， 基于光的触摸屏不需要位于屏的上面的附加物理层，这种附加物理层削弱了屏图像。对于 采用其中屏图像的亮度取决于反射光而不是背光的反射屏的设备来说，这是一个重要的优 点。参照美国专利 No. 8, 674, 966,名称为 "ASIC CONTROLLER FOR A LIGHT-BASED TOUCH SCREEN(用于基于光的触摸屏的ASIC控制器）"，通过参考将该专利全部结合于此。该专利 教导了对于基于光的触摸屏来说能够获得比可利用现有技术的电容式屏获得的扫描速率 更快的扫描速率。提供一种操作而检测多点触摸手势并且与视窗8操作系统的要求兼容的 基于光的触摸屏将是有利的。
[0018] 现有技术的基于光的触摸屏的一个缺点是需要沿着屏的全部四个边缘容纳许多 光发射器和光检测器。该要求使得在不对现有的电子设备内部部件的布局进行重大改变的 情况下难以将基于光的触摸检测嵌入到该电子设备内。减少所需部件的数量并且能够将它 们放置在有限面积内而不是包围整个屏将是有利的。减少所需的光发射器和光检测器的总 数具有减少材料清单（ROM)的额外收益。
【发明内容】
[0019] 本发明的实施方式提供了基于被阻挡光束的明确的多点触摸检测。本发明的其它 实施方式提供了利用沿着屏的仅一个边缘的光发射器的一维阵列和沿着屏的相对边缘的 光检测器的相对阵列进行的2D触摸检测。
[0020] 因此，根据本发明的一个实施方式，提供了一种光发射器和光检测器的矩形布置， 其中光发射器沿着所述矩形布置的两个相邻边缘布置，而光检测器沿着两个其余边缘布 置。来自各个发射器的光由多个检测器检测。从发射器到检测器的各个光束横穿多个屏像 素。存储在计算机存储器中的表针对各个光束列举了位于该光束的路径中的所有像素。对 于各个被阻挡光束，位于该光束的路径中的所有像素都被标记为被阻挡；而对于各个未被 阻挡光束，位于该光束的路径中的所有像素都被标记为未被阻挡。这创建了具有三个类型 像素的图：完全被阻挡、完全未被阻挡和部分被阻挡。部分被阻挡的像素被若干个光束横 穿，这些光束中的仅一些光束被阻挡。完全被阻挡的像素被若干光束横穿，这些光束全部被 阻挡。完全被阻挡的像素对应于触摸位置。该系统然后将相邻的被阻挡像素连接以构成连 续被阻挡像素的斑点。各个斑点或一组连续的被阻挡像素被作为单个触摸位置来进行处 理。
[0021] 根据本发明的一个实施方式，另外提供了一种触摸屏，该触摸屏的特征在于沿着 所述触摸屏的底部边缘的一行光发射器和沿着所述触摸屏的顶部边缘的一行光检测器。各 个光发射器投射被所有所述光检测器检测到的极宽光束。触摸所述触摸屏的物体的X坐标 对应于与所述触摸屏的侧边缘平行地延伸的被阻挡光束。y坐标通过识别对角的被阻挡光 束之间的相交来确定。
[0022] 根据本发明的一个实施方式，进一步提供了一种透镜，该透镜用于与光学触摸传 感器中的二极管相对地放置，所述透镜包括：上部，该上部包括：更接近所述二极管定位的 上折射表面；和距离所述二极管更远地定位的上反射器，所述上反射器在两个维度上弯曲 并且被所述透镜的顶部水平平面水平切割；以及下部，该下部与所述二极管共面，并且包 括：更接近所述二极管定位的下折射表面；和距离所述二极管更远地定位的下反射器，所 述下反射器在所述两个维度上弯曲并且被所述透镜的底部水平平面水平切割，其中所述上 反射器和所述下反射器是对称并且竖直对齐的，并且其中由所述下反射器反射到所述上反 射器上的非准直光由所述下反射器在所述两个维度上部分地准直，并且由所述上反射器在 所述两个维度上进一步准直。
[0023] 在所述透镜的所述二极管视角较大的情况下，所述透镜在所述顶部水平平面和所 述底部水平平面之间的高度小于与所述透镜的后竖直背平面相交的弯曲反射器用以部分 准直和进一步准直所述非准直光所需的高度。
[0024] 根据本发明的一个实施方式，更进一步提供了一种用于计算屏上的多点触摸位置 的方法，该方法包括：启动围绕屏的周边的多个发射器和检测器，其中各个发射器-检测器 对与来自横跨所述屏的多个光束的横跨所述屏的光束对应，并且其中所述光束中的一些光 束被对所述屏进行触摸的一个或多个物体阻挡；提供查找表，该查找表针对来自所述多个 光束的各个光束列举来自所述多个光束的与该光束相交的其它光束以及它们各自的相交 点；(a)识别第一被阻挡光束；(b)访问所述查找表，以识别与所述第一被阻挡光束相交的 第二被阻挡光束；（C)访问所述查找表，以识别与如此识别出的第一被阻挡光束和第二被 阻挡光束的相交点邻近的其它被阻挡光束的相交点；(d)重复操作（b)和（C)，直到识别 出被阻挡光束的所有邻近相交点，并且将如此识别出的邻近相交编组为单个触摸点；以及 (e)针对尚未在操作（d)编组的其余被阻挡光束，重复（a)至（d)。
[0025] 此外，根据本发明的一个实施方式，提供了一种用于计算屏上的多点触摸位置的 方法，该方法包括：启动围绕屏的周边的多个发射器和检测器，其中各个发射器-检测器对 与来自横跨所述屏的多个光束的横跨所述屏的光束对应，并且其中所述光束中的一些光束 被对所述屏进行触摸的一个或多个物体阻挡；将所述屏识别为初始触摸候选区域；针对各 个候选区域：(a)识别横跨该候选区域的未被阻挡光束；(b)将所述候选区域分成被如此识 别出的未被阻挡光束分离开的多个候选区域；和（c)针对所有未被阻挡光束重复操作（a) 和（b);以及将尺寸大于最小尺寸的候选区域指定为唯一触摸位置。
[0026] 另外，根据本发明的一个实施方式，提供了一种用于计算屏上的触摸位置的方法， 该方法包括：围绕屏的周边设置多个发射器和检测器，其中各个发射器-检测器对与来自 多个宽光束的横跨所述屏的宽光束对应；启动屏扫描，从而使各个发射器与相对的检测器 成对，（a)从所述多个宽光束识别被对所述屏进行触摸的物体阻挡的那些宽光束；(b)识别 在操作（a)识别出的被阻挡宽光束当中的基本垂直取向的宽光束之间的相交区域；（c)识 别穿过在操作（b)识别出的相交区域的附加的被阻挡宽光束；（d)针对在操作（C)识别出 的各个附加的被阻挡宽光束确定阻挡程度；（e)识别由在操作（c)识别出的各个附加的被 阻挡宽光束与在操作（a)识别出的被阻挡宽光束的相交形成的二维形状；以及（f)计算如 此识别出的二维形状的重心的加权平均，其中该和中各个重心的权重与在操作（C)确定的 其各自的阻挡程度对应。
[0027] 根据本发明的一个实施方式，进一步提出了一种圆形触摸传感器，该圆形触摸传 感器包括：壳体；安装在所述壳体中的表面，该表面包括被暴露出以接收触摸输入的圆形 部分；多个光检测器，所述多个光检测器沿着与所述圆形部分的一半对应的半圆形轮廓安 装在所述壳体中，其中邻近检测器之间的角间距是恒定的；多个光发射器，所述多个光发射 器沿着与所述圆形部分的相对部分对应的相对半圆形轮廓安装在所述壳体中，并且所述多 个光发射器成组布置，使得各个组内的邻近发射器之间的角间距为Θ，并且使得在不同组 中的最接近的发射器之间的角间距为θ+α，其中α为正；以及处理器，该处理器连接至所 述发射器和所述检测器，用于同步地共同启动发射器-检测器对，并且所述处理器被配置 成基于所述检测器的输出来计算触摸所述圆形部分的物体的二维位置。。
[0028] 根据本发明的一个实施方式，更进一步提供了一种圆形触摸传感器，该圆形触摸 传感器包括：壳体；安装在所述壳体中的表面，该表面包括被暴露出以接收触摸输入的圆 形部分；多个光发射器，所述多个光发射器沿着与所述圆形部分的一半对应的半圆形轮廓 安装在所述壳体中，其中邻近发射器之间的角间距是恒定的；多个光检测器，所述多个光检 测器沿着与所述圆形部分的相对半部对应的相对半圆形轮廓安装在所述壳体中，并且成组 布置，使得各个组内的邻近检测器之间的角间距为Θ，并且使得不同组中的最接近的检测 器之间的角间距为θ+α，其中α为正；以及处理器，该处理器连接至所述发射器和所述检 测器，用于同步地共同启动发射器-检测器对，并且所述处理器被配置成基于所述检测器 的输出来计算触摸所述圆形部分的物体的二维位置。
【附图说明】
[0029] 从如下结合附图的详细描述将更充分地理解和认识本发明，在附图中：
[0030] 图1是现有技术的基于光的触摸屏的图，该触摸屏具有16个LED和16个ro ;
[0031] 图2和图3是在现有技术的触摸屏中的不确定的多点触摸检测的情形的图不；
[0032] 图4和图5是在现有技术的触摸屏中的假性触摸的情形的图示；
[0033] 图6是在根据本发明的一个实施方式的触摸屏系统中的相交光束的网络的图示；
[0034] 图7是在