光学接近传感器的制造方法
【专利说明】
[0001] 巧关申请的香叉参考
[0002] 本申请要求W下申请的优先权：
[0003] ?美国临时专利申请No. 61/828, 713,名称为"应用反射光的光学触感屏幕系统"， 它由发明人PerRosen邑ren,LarsSparf,ErikRosengren^RThomasEriksson于 2013 年 5月30日递交；
[0004] ?美国临时专利申请No. 61/838, 296,名称为"应用反射光的光学游戏配件"， 它由发明人PerRosen邑ren,LarsSp曰rf,ErikRosen邑ren,ThomasEriksson,Joseph 化ain,StefanHolmgren,JohnKarlsson和RemoBehdasht于 2013 年 6 月 23 日递交；
[0005] ?美国临时专利申请No. 61/846, 089,名称为"用于手提电脑的接近传感器W及 关联的用户接口 "，它由发明人化chardBerglind,ThomasEriksson,SimonFellin,F*er Rosengren,LarsSparf,ErikRosengren,JosephShain,StefanHolmgren,JohnKarlsson 和RemoBehdasht于2013年7月15日递交；
[0006] ?美国临时专利申请No. 61/929, 992,名称为"云游戏用户接口 "，它由发 明人ThomasEriksson,StefanHolmgren,JohnKarlsson,RemoBehdasht,Erik Rosengren,LarsSparf和AlexanderJubner于 2014 年I月 22 日递交；
[0007] ?美国临时专利申请No.61/972,435,名称为"光学触感屏幕系统"，它由发明 人SairamIyer,KarlErikPatrikNordsIrOm,PerRosengren,StefanHolmgren,Erik Rosengren,Robe;rtF*ettersson,LarsSparf和HiomasE；;r;Lksson于 2014 年 3 月 30 日递 交；
[0008] ?美国临时专利申请No. 61/986, 341，名称为"光学触感屏幕系统"，它由发明 人SairamIyer,KarlErikPatrikNord如'dm，LarsSparf,PerRosengren,Erik Rosengren,ThomasEriksson,AlexanderJubner和JosephShain于 2014 年 4 月 30 日递 交；化及
[0009] ?美国专利申请No. 14/140,635,名称为"光基接近检测系统和用户接口"，它由 发明人化加1曰8E；;r;Lksson和StefanHolmgren于2013年12月26日递交。
[0010] 运些申请的内容通过参考的方式全文结合在运里。
技术领域
[0011] 本发明的领域是光基触感屏幕。
【背景技术】
[0012] 如今许多消费型电子设备都构建有触敏式屏幕，用于手指或触针的接触式用户输 入。运些设备从小型屏幕设备（诸如移动式电话）和汽车娱乐系统，到中等尺寸的屏幕设 备（诸如笔记本电脑），再到大屏幕设备（诸如机场的登记站）。
[0013] 本发明设及光基触感屏幕。现有技术的光基触感屏幕利用光发射器和光检测器围 绕屏幕的边界，W便在屏幕表面的上方形成光束格栅。从上方接触屏幕的物体阻挡所述光 束的相应部分。
[0014] 参考图1，它是具有16个L邸和16个PD的现有技术的光基触感屏幕的图表。图 1中的屏幕100由沿着两条边的发射器130W及沿着其余两条边的光电二极管（PD)接收器 240围绕，它们共同允许光束晶格覆盖屏幕。
[0015] 现有技术的光基触感屏幕的一个缺点是：需要沿着屏幕的所有四条边容纳多个光 发射器和光检测器。运个要求使得难W在不显著改变电子设备的内部部件的布局的情况下 在现有设备中添加光基接触检测。减少所需部件的数目W及允许将它们放置在有限区域中 而不是围绕整个屏幕将是有利的。减少所需要的光发射器和光检测器的总数目具有增加的 优点：减少了物料清单度OM)。
【发明内容】
[0016] 本发明的实施例提供了二维（2D)接触检测，其应用交替的光发射器和检测器的 一维阵列。本发明的其它实施例提供了 2D接触检测，其应用仅沿着屏幕一条边的光发射器 的一维阵列W及沿着屏幕相对边的光检测器的相对阵列。本发明还提供了基于与2D检测 器相同原理的=维（3D)接触式或盘旋式检测器。
[0017] 因此根据本发明的实施例提供了一排交替的光发射器和检测器。所述光发射器将 准直光束垂直于所述排并且彼此平行地依次发射。所述光检测器检测已经由插入到光束路 径中的物体反射的来自发射器的光。每个检测器检测发射器光束平面中的光束，但是相对 于那些光束成固定的角度。检测器检测从发射器的光束反射的光，发射器与检测器之间的 距离连同所述固定角度被用来通过=角测量确定反射物体的位置。
[0018] 另外根据本发明的实施例提供了沿着屏幕底边的一排光发射器W及沿着屏幕顶 边的一排光检测器。每个光发射器发射由所有光检测器检测的非常宽的光束。接触屏幕的 物体的X坐标对应于被阻挡光束，所述被阻挡光束平行于屏幕的侧边延伸。通过识别对角 的阻挡光束之间的交叉点而确定y坐标。
[0019] 另外根据本发明的实施例提供了一种用于确定邻近物体的二维坐标的接近传感 器，包括壳体；安装在所述壳体中的多个光脉冲发射器，用于沿着检测平面将光发射出所述 壳体；安装在所述壳体中的多个主光检测器，用于检测由所述发射器发射的光线通过所述 检测平面中的反射物体的反射；多个主透镜，其在所述壳体中相对于所述发射器和主检测 器安装和取向的方式使得对于每一个发射器-检测器对，当所述物体在检测平面的一组主 位置当中位于与那个发射器-检测器对相关联的一个二维位置时，由该对中的发射器所发 射的光线穿过其中一个主透镜并且由所述物体向后反射通过其中一个主透镜到达该对中 的检测器；W及与所述发射器及所述主检测器连接的处理器，用于同步地共激活所述发射 器-检测器对，并且构造成通过W下方法计算物体在所述检测平面中的二维位置：在共激 活的发射器-检测器对中确定一个发射器-检测器对，对于该发射器-检测器对，检测器检 测最大量的光线，并且识别与其关联的位置，确定与共激活的发射器-检测器对相关联并 且邻近如此识别的位置的附加位置，W及计算如此识别的位置和如此确定的附加位置的加 权平均数，其中所述平均数中的每个位置的权重对应于与那个位置关联的发射器-检测器 对的反射光束的检测程度。
[0020] 根据本发明的实施例又提供了一种用于确定手指沿着滑块控件的定向运动的接 近传感器，包括：壳体；多层光透射盖，其安装在所述壳体中并且具有用于滑块控件的暴露 的上表面，其中所述盖的各层之间的边界包括由不透明或反射部分离的光透射部的图案， 其中所述光透射部或者所述不透明或反射部的尺寸横穿所述图案增大；安装在所述壳体中 的光脉冲发射器，用于将光发射到所述盖的上层中，所发射的光通过全内反射（TIR)被约 束至所述上层，其中接触所述暴露的上表面的手指阻晓所述TIR光，从而使得所述光的一 部分穿过所述图案中的光透射部进入位于所述上层的下面并且与上层通过图案分隔的第 二层中，所述进入第二层的光的部分与接触所述暴露上表面的手指下面的光透射部的尺寸 相对应；安装在所述壳体中的光检测器，用于检测所述第二层中的光的强度；W及与所述 光检测器连接的处理器，用于确定所述物体穿过所述图案的定向运动，其中所述运动方向 对应于所述光检测器随着时间推移检测到增加序列的还是降低序列的检测光强度。
[0021] 根据本发明的实施例还提供了一种用于确定物体沿着滑块控件的定向运动的接 近传感器，包括：壳体；光透射盖，其安装在所述壳体中并且具有用于滑块控件的暴露的上 表面，所述盖包括由不透明或反射部分离的光透射部的图案，其中所述光透射部或者所述 不透明或反射部的尺寸横穿所述图案增大；安装在所述壳体中的光脉冲发射器，用于在所 述盖的上方发射光；安装在所述壳体中的光检测器，用于检测通过反射物体反射到所述盖 中的发射光的强度，其中由所述物体反射到所述盖中的光的量取决于所述物体下方的光透 射部的尺寸；W及与所述光检测器连接的处理器，用于确定所述物体穿过所述图案的定向 运动，其中所述运动方向对应于所述光检测器随着时间推移检测到增加序列的还是降低序 列的检测光强度。
[0022] 另外根据本发明的实施例提供了一种手持式电子游戏设备，包括：壳体；安装在 所述壳体中的通信器，用于与网络游戏服务器通讯；安装在所述壳体中的显示器，用于呈现 由所述通信器从所述游戏服务器接收的游戏用户接口的一部分；W及安装在所述壳体中并 且与所述通信器连接的传感器，用于检测放置在附近的第二游戏设备，其中所述通信器传 达由所述传感器提供给所述游戏服务器的关于附近第二游戏设备的检测信息。
[0023] 另外根据本发明的实施例提供了一种网络游戏系统，包括：网络游戏服务器；W 及多于一个的多个游戏设备，每个游戏设备是与所述游戏服务器通讯的手持式电子游戏设 备，每个游戏设备包括：壳体；用于与所述游戏服务器通讯的通信器；安装在所述壳体中的 显示器，用于呈现由所述通信器从所述游戏服务器接收的游戏用户接口扣I)的相应部分； W及安装在所述壳体中并且与所述通信器连接的传感器，用于检测邻近游戏设备的存在； 其中所述游戏服务器基于所述游戏设备的数目确定所述游戏UI的每个相应部分的尺寸。
【附图说明】
[0024] 通过结合附图进行的W下详细说明，本发明将被更加充分地理解和认识，其中：
[0025] 图1是具有16个LED和16个PD的现有技术光基触感屏幕的图表；
[0026] 图2是根据本发明实施例的接近传感器的简化视图，所述接近传感器用于检测物 体在二维检测区域中的二维坐标；
[0027] 图3是应用根据本发明实施例的图2的接近传感器的触感屏幕系统的简化视图；
[0028] 图4和图5是根据本发明实施例的光学接近传感器的分解视图；
[0029] 图6是从根据本发明实施例的光学接近传感器的上方看的视图；
[0030] 图7-12是用在根据本发明实施例的光学接近传感器中的发射的和反射的光束的 简化视图；
[0031] 图13和图14是根据本发明实施例的接触检测图的视图；
[0032] 图15是根据本发明实施例的具有交替的发射器和检测器的透镜阵列的简化视 图；
[0033] 图16-18是用于显示算法的简化的接触检测图，所述算法应用根据本发明实施例 的光学接近传感器计算接触位置；
[0034] 图19显示了根据本发明实施例的检测信号的插入；
[0035] 图20显示了根据本发明实施例的霍夫变换；
[0036] 图21是根据本发明实施例的检测图；
[0037] 图22和图23(a)-讯是用于根据本发明的各种触感屏幕系统实施例的简化的接 触检测图；
[0038] 图24和25是根据本发明实施例的双分辨率传感器的简化视图；
[0039] 图26(a)和26(b)是根据本发明实施例的用在双分辨率传感器中的两个检测图的 简化视图；
[0040] 图27是根据本发明实施例的从用于双分辨率传感器的PCB上的L邸和PD上方看 的简化视图；
[0041] 图28是根据本发明实施例的双分辨率传感器的简化横截面视图；
[0042] 图29是根据本发明实施例的双显示器笔记本电脑的简化视图；
[0043] 图30是根据本发明实施例的双显示器笔记本电脑的一部分的简化视图；
[0044] 图31是根据本发明实施例的PC的简化视图；
[004引图32是根据本发明实施例的图31的PC的键盘的简化视图；
[0046] 图33是根据本发明实施例的PC跟踪板的简化视图；
[0047] 图34是根据本发明实施例的透明PC键盘的简化视图；
[0048] 图35是根据本发明实施例的图24的透明键盘的简化侧透视图；
[0049] 图36是根据本发明实施例的提供键盘和GUI功能的次显示器的简化视图；
[0050] 图37是根据本发明实施例的笔记本电脑键盘的简化视图；
[0051] 图38是根据本发明实施例的图37的笔记本电脑键盘的简化横截面；
[0052] 图39是根据本发明实施例的具有接近传感器的PC的简化视图，所述接近传感器 用于检测接近显示器的侧边的挥手手势；
[0053] 图40是根据本发明实施例的示例性四按钮按键底架的=个视图的简化图，所述 四按钮按键底架位于触摸板的虚拟按键部的上方；
[0054] 图41是根据本发明实施例的示例性四按钮按键底架的横截面的简化图，所述四 按钮按键底架位于触摸板的虚拟按键部的上方；
[005引图42(a)-42(c)是根据本发明实施例的被释放及压下的弹黃弹性键的简化视图； [005引图43 (a)和43化）是根据本发明实施例的由伸缩性的弹性材料（诸如橡胶）构成 的按钮横截面的简化视图；
[0057] 图44(a)-44(c)是根据本发明实施例的替换按钮构造的简化视图；
[0058] 图45是根据本发明实施例的位于键盘显示器与光纤面板键之间的微透镜阵列的 布置的简化视图；
[0059] 图46是根据本发明实施例的键或按钮的简化视图；
[0060] 图47是根据本发明实施例的滑块控件的简化视图；
[0061] 图48是根据本发明实施例的应用图47的滑块控件的各种手势检测图案的简化视 图；
[0062] 图49是根据本发明实施例的替换的滑块控件的简化视图；
[0063] 图50-53是根据本发明实施例的游戏配件的简化视图；
[0064] 图54是根据本发明实施例的应用多个光学接近传感器的=维传感器的简化视 图；
[0065] 图55是根据本发明实施例的具有用于与网络游戏服务器通讯的通信器的手持式 电子游戏设备的简化视图；
[0066] 图56是根据本发明实施例的在手持机上提供的网络游戏的简化视图；
[0067] 图57是根据本发明实施例的两个手持机的简化视图，所述两个手持机一起使用 W提供网络游戏；
[0068] 图58是根据本发明实施例的用于网络游戏的双面板显示器的简化视图，所述显 示器由两个手持机组成；
[0069] 图59是根据本发明实施例的用于网络游戏的四面板显示器的简化视图，所述显 示器由四个手持机组成；W及
[0070] 图60是根据本发明实施例的图59的四游戏设备的构造的简化视图，藉此按照由 传感器检测到的并且传达至游戏服务器的每个显示器的相对位置和方位，在四个显示器中 分配游戏GUI。
[0071] W下表格将编号元件进行编目，并且列举了每个编号元件所出现的视图。类似编 号的元件表示相同类型的元件，但是它们不必是相同的元件。
[0072]
【具体实施方式】
[0076] 本发明的各个方面设及光基触感屏幕和光基触摸表面。在整篇说明书中，术语"触 感屏幕"包括不包含电子显示器的触摸表面，尤其是，如许多手提电脑W及手持式装置后盖 中所包括的鼠标触摸板。它还包括与本发明提供的传感器邮邻的没围起来的空间。
[0077] 根据本发明的实施例，光基接触式传感器包括沿着检测平面的一个边缘布置的多 个红外或近红外发光二极管（LE化）W及多个光电二极管。在一些实施例中，所述检测平面 是触感屏幕的表面或者接口区域，如上所限定的。L邸沿着检测平面发射准直光，并且当该 光由所插入的物体（诸如手指或者触针）反射时，被反射的光由PD检测。通过S角测量， 激活的L邸和