專利名稱：觸敏裝置的傳感系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及用來在觸敏裝置上感應觸摸輸入的傳感系統(tǒng)，涉及但不局 限于紅外線掃描觸摸屏。
本發(fā)明主要開發(fā)用于一種紅外線掃描觸摸屏顯示器，以便能夠感應到 用戶在所述紅外線觸摸屏顯示器上的觸摸輸入。盡管本發(fā)明將參照此特定 應用進行描述，但本發(fā)明并不僅限于這種應用。
背景技術：
現(xiàn)有技術的傳感系統(tǒng)通常包括多個發(fā)射機和多個接收機，分別用來發(fā) 射和接收越過觸摸屏的光線。當用戶在觸摸屏的觸摸位置處阻礙一個或多 個光線時，相應的接收機停止接收到光線，從而能夠確定觸摸位置的方位。
這種傳感系統(tǒng)包括沿著一個矩形平面觸摸屏的兩個相鄰邊緣安置的
多個紅外線(IR)發(fā)射機。相應的多個IR接收機沿著此矩形平面觸摸屏的 另外兩個邊緣安置，使得每個IR發(fā)射機是在一個相應IR接收機的對面， 從而形成多對發(fā)射機和接收機。
IR發(fā)射機發(fā)射紅外光線到各自對應的IR接收機，從而在觸摸屏上方 形成一個IR矩陣。當用戶觸摸到觸摸屏上的一個觸摸位置時，會阻礙一個 或多個光線到達各自對應的IR接收機。如果阻礙了兩個交叉的光線，那么 就可以確定觸摸位置的兩個平面坐標，從而確定在觸摸屏上觸摸位置的方 位。
此類型的傳感系統(tǒng)有許多缺點。其中一個缺點是傳感系統(tǒng)需要大量的 IR發(fā)射機和IR接收機，特別是如果期望在探測觸摸屏上的觸摸時獲得更 大的分辨率或準確性。結果，這將導致大量的部件，增加了制造成本。同 時也增加了發(fā)生敵障的風險，以及更高的維護和維修成本。'另一種現(xiàn)有技術的IR傳感系統(tǒng)包括兩個IR掃描激光器，它們被安置 在一個矩形觸摸屏的對角上。每個IR掃描激光器產生多個分散的紅外光 線，其成扇形展開越過或橫過觸摸屏，形成一個不規(guī)則的矩陣。沿著觸摸 屏的邊緣安置有回射器(Retro-reflector),以將每個光線反射回到產生光線 的IR掃描激光器，由靠近IR掃描激光器的一個傳感器探測到。當用戶觸 摸到觸摸屏上的一個觸摸位置時，會阻礙一個或多個光線到達各自的傳感 器，從而將能夠確定觸摸位置。
這種現(xiàn)有技術的傳感系統(tǒng)同樣有許多缺點，傳感系統(tǒng)需要至少兩個IR 掃描激光，其是相對比較昂貴的部件。由傳感系統(tǒng)形成的不規(guī)則矩陣在觸 摸屏上產生不同分辨率和精確度的區(qū)域。特別地，由于激光光線是由激光 發(fā)散器產生，越靠近IR掃描激光器的光線就越密集。
此外，當IR掃描激光器產生的光線是直接相互瞄準時，光線是在同 一條直線上，形成一個所謂的"死線"或"公共線"。這些"死線"或"公 共線"是不希望有的，因為如果用戶在"死線"或"公共線"上，就只能 確定一個位置坐標，因此，不能確定觸摸位置的方位。
另一個現(xiàn)有技術的IR傳感系統(tǒng)包括一個IR激光器，其被安置在一個 矩形觸摸屏的下方并靠近其一個拐角。IR激光器發(fā)出光線穿過導光板(light guide)到達一個旋轉鏡(rotating mirror),旋轉鏡位于觸摸屏下方并靠近 另一個激光器的對角，從而產生多個發(fā)散的光線，發(fā)散光線入射到拋物面 鏡(parabolic mirrors),拋物面鏡位于觸摸屏與激光器相鄰、而與旋轉鏡不 相鄰的一個邊緣。拋物面鏡將光線轉換成平行的光線，光線在觸摸屏下方 傳播，形成一個光線網格(light grid)。接著，光線通過垂直光管被轉置到 觸摸屏上方的另一個平面，垂直光管位于觸摸屏上拋物面鏡的對邊。
這個現(xiàn)有技術的傳感系統(tǒng)也有許多缺點。此系統(tǒng)需要大量的部件，包 括多個反射鏡以重新指示光線到多個不同的方向。這樣增加了系統(tǒng)的復雜 性，需要較復雜的制造和組裝，導致更高的制造成本。隨后也增加了系統(tǒng) 的維護，導致更高的維護成本。
由于光線被多次重新改變方向來來回回地越過導光板，光線也經歷相當長的路徑。這會導致更高的光損失和更大的激光光斑尺寸(laser spot size),其會降低傳感的分辨率和精確度。再者，傳感系統(tǒng)利用拋物面鏡， 其具有較大面積，從而增加了系統(tǒng)尺寸和放棄了小型化。
本發(fā)明的一個目的是克服或改進現(xiàn)有技術的至少一個缺點，或者提供 一個有用替代方案供公眾選擇。
發(fā)明概述
在第一方面，本發(fā)明提供了一個傳感系統(tǒng)，用來在觸敏裝置上感應觸 摸輸入，本系統(tǒng)包括一個感應平面，和一個準直光源，用來產生多個光線， 光線沿著不同于感應平面的一個或多個平面。本傳感系統(tǒng)還包括一個靠近 感應平面一個邊緣的反射裝置，用來將至少一個光線子集轉換成平行光線， 并重新引導光線子集，使其沿著感應平面，沿著感應平面的光線中的至少 一個光線被觸摸輸入阻斷，從而使傳感系統(tǒng)能夠確定觸摸輸入的一個位置 坐標。
在第二方面，本發(fā)明提供了一種在觸敏裝置上感應觸摸輸入的方法， 本方法包括產生多個準直光線，光線沿著不同于感應平面的一個或多個平 面。本方法還包括，靠近感應平面的一個邊緣，將至少一個光線子集轉換 成平行光線，并重新引導光線子集，使其沿著感應平面，沿著感應平面的 光線中的至少一個光線被觸摸輸入阻斷，從而能夠確定觸摸輸入的一個位 置坐標。
在所附權利要求里披露了本發(fā)明的優(yōu)選特征，其構成本發(fā)明的概述部分。


現(xiàn)將通過示例并結合附圖描述本發(fā)明最佳模式的優(yōu)選實施例，其中 圖1是本發(fā)明優(yōu)選實施例的一個傳感系統(tǒng)的透視示意圖； 圖2是圖1傳感系統(tǒng)的第一變體的透視示意11圖3(a)是圖1傳感系統(tǒng)的第一變體的部分透視示意圖3(b)是圖1傳感系統(tǒng)的第二變體的部分透視示意圖4是圖1傳感系統(tǒng)的平面示意圖，實線顯示在觸摸板下方的光線路 徑，虛線顯示在觸摸板上方沿著感應平面的所述光線的路徑。
圖5是圖1傳感系統(tǒng)的第一變體的平面示意圖，實線顯示兩種光線路 徑，其中返回路徑平行于相應的外出路徑；
圖6是圖1傳感系統(tǒng)的第二變體的平面示意圖，實線顯示兩種光線路 徑，其中返回路徑平行于相應的外出路徑；
圖7是圖1傳感系統(tǒng)的平面示意圖，虛線顯示在觸摸板上方沿著感應 平面的光線路徑，以及一個在觸摸觸摸板并阻斷兩個所述光線之前的物體；
圖8是圖1傳感系統(tǒng)的平面示意圖，實線顯示兩種光線路徑，以及一 個觸摸觸摸板并阻斷所述兩條光線的物體；
圖9是圖l傳感系統(tǒng)的側視示意圖，實線顯示一個光線路徑，其中返 回路徑平行于外出路徑；
圖10是圖1傳感系統(tǒng)的側視示意圖，實線顯示一個光線路徑，以及 一個觸摸觸摸板并阻斷所述光線的物體；
圖11是圖1傳感系統(tǒng)的第三變體的側視示意圖，實線顯示一個光線 路徑，其中返回路徑平行于外出路徑；
圖12是圖1傳感系統(tǒng)的第三變體的側視示意圖，實線顯示一個光線 路徑，以及一個在觸摸板上阻斷所述光線的觸摸；
圖13(a)是圖1傳感系統(tǒng)的第二變體的掃描和傳感模塊的示意圖，實 線顯示一個光線的部分路徑，其中所述光線在外出路徑上穿過傳感器的孔，但在返回路徑上入射到所述傳感器，返回路徑與外出路徑平行并偏移。
圖13(b)是圖l傳感系統(tǒng)的第二變體的掃描和傳感模塊的示意圖，實 線顯示一個光線的部分路徑，其中所述光線在外出路徑上穿過傳感器的孔， 但在返回路徑上入射到所述傳感器，返回路徑與外出路徑接近平行，但稍
微偏離；
圖14是圖1傳感系統(tǒng)的旋轉反射器的平面示意圖，顯示一個旋轉多 角反射器的外形，實線顯示一個被反射器反射的光線；和
圖15是圖1傳感系統(tǒng)的變體里使用的回復反射器的一部分的示意圖，
以便使光線的返回路徑平行或基本平行于但稍微偏離所述光線相應的外出 路徑。
發(fā)明詳述
參照附圖，提供一個傳感系統(tǒng)l，用來感應在觸敏裝置3上的觸摸輸 入2。傳感系統(tǒng)1包括一個感應平面4和一個準直光源5，準直光源5用來 產生多個沿著一個或多個平面7的光線6，平面7不同于感應平面4。反射 裝置8靠近感應平面的一個邊緣9，用來將光線6的至少一個子集10轉換 成平行光線，并重新引導光線子集，使其沿著感應平面4。沿著感應平面4 的光線10中的至少一個光線被觸摸輸入2阻斷，從而使傳感系統(tǒng)1確定觸 摸輸入的一個位置坐標。
同樣包括第二所述感應平面11，其也不同于一個或多個平面7，多個 光線6是沿著一個或多個平面7產生的。第二所述反射裝置12靠近第二感 應平面11的一個邊緣13，用來將光線6的第二子集14轉換成平行光線， 并在一個不同于第一光線子集IO方向的方向上重新引導第二光線子集14， 使其沿著第二感應平面11。從而，第一和第二光線子集10和14形成一個 光線網格，沿著第二感應平面11的第二子集14的光線中的至少一個光線 被觸摸輸入2阻斷，從而使傳感系統(tǒng)1確定觸摸輸入的第二位置坐標。
第一和第二光線子集10和14互相垂直并被均勻隔開，所以，光線網格是一個均勻正交的光線網格，如圖4、 5、 6和7所示。第一和第二感應 平面4和11也是共面的，所以第一和第二光線子集10和14實也是共面的。 特別地，共面感應平面4和11設定了一個公共矩形平面，邊緣9和13是 公共矩形平面的兩個鄰接邊緣，第一和第二反射裝置8和12分別靠近邊緣 9和13。
但是，在其它實施例里，第一和第二感應平面4和11不是共面的。在 某些實施例里，第一和第二感應平面4和11是互相平行且偏移的，所以除 了可以確定觸摸輸入2的位置坐標外還能確定其速度。更具體地，將平行 的第一和第二感應平面4禾Q 11之間的距離除以光線子集10的光線被觸摸 輸入2阻斷和光線子集14的光線被觸摸輸入2阻斷之間的時間量，可以計 算出速度。同樣，可以理解，除矩形形狀外，感應平面4和11還可以是任 何其他的形狀和尺寸。
準直光源5包括一個產生紅外光的激光器。傳感系統(tǒng)1還包括一個旋 轉反射器15，而準直光源5產生至少一個光線入射到旋轉反射器15，從而 產生多條光線6，如圖4、 5和6所示，這些光線方向各不相同，因而形成 一個發(fā)散的形狀。在本實施例里，多個發(fā)散的光線6是共面的。光源5可 以發(fā)出一個單連續(xù)的光線或多個光線到旋轉反射器15。
在多個光線的例子里，多個光線經歷相同的路徑到達旋轉反射器15， 但從旋轉反射器散開而產生多個發(fā)散的光線6。多個光線可以是時間順序 的，從而按規(guī)則的時間間隔產生多個光線6。
在單連續(xù)光線的例子里，旋轉反射器15可以旋轉，使得單連續(xù)光線在 規(guī)則的時間間隔從旋轉反射器15產生散開的多個光線?？梢岳斫?，多個光 線6中的每個光線可以被看作是從光源5開始，即光線共享了光源5和旋 轉反射器15之間的公共部分。
在其它實施例里，光源5本身可以旋轉而產生多個光線6。在另一個 實施例里，使用多個光源5可以產生多個光線6。同樣，盡管木實施例使 用一個紅外線激光，但也可以使用其它類型的準直光源。例如，其它實施
14例使用單個或多個LED或多個激光。如紅外線一樣，可以使用其它波長的 光。再者，其它實施例的光源產生的光線可以從光源以許多其它方式散開， 如平行或隨機朝向的光線，而不是發(fā)散的。旋轉反射器15可以包括一個旋 轉多角鏡、 一個MEMS掃描鏡或一個振動反射器。圖14顯示一個旋轉多 角鏡。
第一和第二反射裝置8和12各自分別包括第一反射器16和17以及第 二反射器18和19，如圖l、 2、 3(a)、 3(b)、 9、 10、 11和12所示。每個第 一反射器16和17各自重新引導來自光源5的第一光線子集10和14到各 自的感應平面4和11，而每個第二反射器18和19各自重新引導來自第一 反射器16和17的各自光線子集10和14，使得各自的光線子集10和14 沿著各自的感應平面4和ll傳播。
換言之，第一反射裝置8的第一反射器16重新引導來自光源5的光線 子集10到第一感應平面4，而第一反射裝置8的第二反射器18重新引導 來自第一反射器16的光線子集10，使得光線子集10沿著第一感應平面4 傳播。類似地，第二反射裝置12的第一反射器17重新引導來自光源5的 第二光線子集14到第二感應平面ll，而第二反射裝置12的第二反射器19 重新引導來自第一反射器17的光線子集14，使得第二光線子集14沿著第 二感應平面11傳播。
由于第一反射裝置8靠近第一感應平面4的一個邊緣9，第一反射裝 置的第一和第二反射器16和18也靠近此邊緣9。類似地，由于第二反射 裝置12靠近第二感應平面11的一個邊緣13，第二反射裝置的第一和第二 反射器17和19也靠近此邊緣13。
為便于描述，從此處起，提及多個數(shù)目的一個特征將被看作提及該特 征的每個示例，除非特別說明。具體地，提及光線子集將被看作提及第一 和第二光線子集10和14中的每個光線子集，提及感應平面將被看作提及 第一和第二感應平面4和11中的每個感應平面，提及反射裝置將被看作提 及第一和第二反射裝置8和12中的每個反射裝置，提及第一反射器將被看 作提及第一反射裝置8的第一反射器16和第二反射裝置12的第一反射器17中的每個反射器，而提及第二反射器將被看作提及第一反射裝置8的第 二反射器18和第二反射裝置12的第二反射器19中的每個反射器。
從上所述，將會理解，當提及多個數(shù)目的第二特征來描述多個數(shù)目的 第一特征時，將被看作僅提及第二特征的相應示例來描述第一特征的每個 示例。例如，"光線子集10和14沿著感應平面4和11傳播"將被看作"第 一光線子集10和14沿著第一感應平面4傳播"以及"第二光線子集10 和14沿著第二感應平面11傳播"。
要么第一反射器16和17要么第二反射器18和19將光線子集10和 14轉換成平行光線。在本實施例里，第一反射器16和17將光線子集10 和14轉換成平行光線，而第二反射器18和19是一個平面反射器，而重新 引導平行光線沿著感應平面4和11。因此，第一反射器16和17都重新引 導來自光源5的光線子集10和14到感應平面4和11，并將光線子集10 和14轉換成平行光線。
在其它實施例里，第二反射器18和19將光線子集10和14轉換成平 行光線，因此除了重新引導來自第一反射器16和17的光線子集10和14 外，還使得光線子集沿著感應平面4和ll傳播。因此，第一反射器16和 17以及第二反射器18和19的功能性可以交換的。
回到本實施例，第一反射器16和17包括多個反射小平面20，每個小 平面都對應于一個垂直于光線子集10和14中相應光線的平面而傾斜，以 在平行于光線子集其它光線的方向上重新引導光線到感應平面。具體地， 每個反射小平面20關于兩個軸傾斜，這兩個軸與相應光線形成三個垂直正 交軸。更具體地，反射小平面20傾斜，使得光線子集10和14 (光線子集 10和14在到達反射小平面20之前是共面的)被重新引導而垂直于感應平 面4和11。然后第二反射器18和19 (它們是一個平面反射器)重新引導 光線子集10和14，使其相互垂直，沿著感應T面4和11。
在一個實施例里，第一反射器16和17是一個反射鏡陣列，其中每個 反射鏡形成一個反射小平面20。在其它實施例里，第一反射器16和17是一個集成多個小平面20的階梯式反射鏡。因此，第一反射器16和17可以 一體成型。例如，第 一反射器可以由塑料材料以階梯式輪廓方式一體成型 制成，并在階梯式小平面上涂敷上一反射涂層，從而形成多個反射小平面 20。
在本實施例里，第一和第二反射裝置8和12的第一反射器16和17 分別靠近由第一和第二感應平面4和11設定的公共矩形平面的鄰接邊緣9 和13。類似地，第一和第二反射裝置8和12的第二反射器18和19分別 靠近公共矩形平面的鄰接邊緣9和13，盡管與相應的第一反射器16和17 間隔分開。
第一反射器16和17能夠一體成型為一個部件。第二反射器18和19 也可以一體成型為一個部件。第一反射裝置8的第一反射器16和第二反射 器18可以一體成型為一個部件。第二反射裝置12的第一反射器17和第二 反射器19也可以一體成型為一個部件。此外，第一反射器16和17以及第 二反射器18和19都可以一體成型為一個部件。
這樣可以簡化第一和第二反射裝置8和12的裝配，因為第一反射器 16和17以及第二反射器18和19或者其組合不一定是被獨立安裝。這樣 也能夠最小化對裝配時分別校準第一反射器16和17以及第二反射器18 和19或其組合的要求，因為它們是在一體成型時就被預先校準了。
第一和第二反射器16、 17、 18和19可以是由金屬、玻璃、塑料、合 成物、任何組合物、或任何其它合適材料制成，其有一個反射面、 一個反 射涂層、或其他能反射光的。
在本實施例里，觸敏裝置3包括一個觸摸板21，并且光線子集10和 14在到達反射裝置8和12之前是在觸摸板的第一側面22。
'在一個變體里，如圖9和10所示，感應平面4和11是在觸摸板21 的第二側面23，第二側面與第一側面22相對，使得沿著感應平面4和11 的光線10和14中的至少一個光線被施加在或靠近觸摸板21的觸摸輸入2阻斷，從而使傳感系統(tǒng)1能夠確定觸摸輸入在觸摸板上的一個位置坐標。
更具體地，沿著感應平面4和11的光線被觸摸輸入2阻斷，在觸摸輸入2 的位置上阻礙了沿著感應平面4和11的光線。
在另一個變體里，如圖11和12所示，感應平面4和11穿過觸摸板 21，使得沿著感應平面4和11的光線10和14中的至少一個光線被施加在 或靠近觸摸板21上的觸摸2阻斷，從而使傳感系統(tǒng)1能夠確定觸摸輸入在 觸摸板上的一個位置坐標。更具體地，沿著感應平面4和11的光線被施加 在或靠近觸摸板21上的觸摸輸入2引起的一個或多個反射、折射和散射阻 斷。這樣就在觸摸輸入2的位置上破壞了沿著感應平面4和11的光線的全 反射。
在觸摸板21上方包括一個柔性接觸層37。柔性層37保護觸摸板21 ， 并且更柔軟且更有觸感。層37也確保在觸摸輸入位置處的光線子集10和 14僅當故意觸摸而按壓觸摸板21時而不是當諸如灰塵之類的細小物體落 在觸摸板上時而被阻斷。
在第二變體的一個實施例里，觸摸板21包括至少一個反射邊緣24， 其形成至少一部分反射裝置8和12，反射邊緣24重新引導光線子集10和 14沿著感應平面4和11穿過觸摸板21。
在本實施例里，光線子集10和14形成一個沿著感應平面4和11的正 交光線網格。所以，如果阻斷了至少兩個沿著感應平面4和11的光線，其 中一個光線來自光線子集10和14，且至少兩個光線相交，那么，傳感系 統(tǒng)1能夠確定觸摸輸入2在觸摸板21上的兩個位置坐標，從而定位觸摸板 l上的觸摸輸入2。
本實施例的觸摸板21是一個透明的有機玻璃板，透過玻璃板，可以顯 示可視信息。在第一反射器16和17以及第二反射器18和19之間行進的 光線子集10和14可以經過觸摸板的一個邊緣或穿過透明的觸摸板21。在 其它實施例里，觸摸板21有一個透明部分，是沿著觸摸板的一個或多個邊 緣有一個外圍帶狀的形狀，以允許光線子集10和14能夠穿過觸摸板21。透明部分可以是由諸如玻璃或有機玻璃的材料制成。
為便于描述，觸摸板21呈水平方向。但是，可以理解，觸摸板21可 以呈現(xiàn)許多其它方向。因此，第一側面22是在觸摸板21下方的區(qū)域，而 第二側面23是在觸摸板21上方的區(qū)域。觸摸板21也可以是由其它材料或 復合材料制成。
光線子集10和14中的每個光線都經歷一個從光源5到反射裝置8和 12并沿著感應平面4和11的外出路徑25。傳感系統(tǒng)1還包括一個傳感裝 置26和一個回復反射器27a和27b，如圖1、 2、 9、 19、 11和12所示。 回復反射器27a和27b靠近感應平面4和11的第二邊緣28a和28b，第二 邊緣28a和28b是在第一邊緣9和13的對面，以重新引導光線子集10和 14中的每個光線沿著一個平行于外出路徑25的返回路徑返回到傳感裝置 26?？梢岳斫猓诒緦嵤├?，有兩個回復反射器27a和27b，各自靠近 第二邊緣28a和28b，第二邊緣28a和28b是在一個相應第一邊緣9和13 的對面。
在一個變體里，如圖3(b)和5所示，傳感系統(tǒng)包括一個位于旋轉反射 器15和光源5之間的分束器30。分束器30反射一部分入射光，并傳送另 一部分入射光。因此，每個光線的外出部分31穿過分束器30后并沿著各 自外出路徑25繼續(xù)行進。接著，外出部分31沿著各自返回路徑29返回， 由此外出部分31的返回部分32被分束器30重新引導到傳感裝置26。
在另一個變體里，如圖3(a)和6所示，回復反射器27a和27b是一個 回射器，使得各個返回路徑29與各個外出路徑25有偏移。傳感裝置26 包括一個感應平面33和一個穿過感應平面的孔34。傳感裝置26被安置在 旋轉反射器15和光源5之間，使得每個光線在各自外出路徑25上穿過孔 34，并在各自返回路徑29上入射到感應平面33。
可以理解，各個返回路徑29不一定精確地平行于各個外出路徑25， 但可以稍微與各個外出路徑25偏離一個小角度，如圖13(b)所示。這樣的 情況(即偏離一個小角度)可以適用于兩種情況，即各個返回路徑29與各回路徑29與各個外出路徑25有偏移。
如第一和第二反射器16、 17、 18和19，回復反射器27a和27b可以 一體成型成一個部件，可以由金屬、玻璃、塑料、合成物、任何化合物或 任何其它合適的材料制成，其有一個反射面、 一個反射涂層、或其他合適 的能反射光的。在本實施例里，傳感裝置26包括一個光學傳感器，其優(yōu)選 地包括一個半導體光電二極管。
具有一個或多個回復反射器27a和27b有明顯的優(yōu)勢，即一個相應的 傳感裝置26可以被安置靠近每個準直光源5。在有一個單光源5的實施例 里，如在本實施例里，有一個特別的優(yōu)勢，即傳感裝置26可以是一個單獨 的傳感裝置26，其被安置靠近單獨的光源5，單獨的傳感裝置用來感應沿 著各自返回路徑29被反射返回的光線子集10和14。有利地，光源5、旋 轉反射器15、傳感裝置26以及分束器30 (取決于哪種變體)，可以一起形 成一個單獨的集成掃描和傳感模塊35的一部分。
本發(fā)明還提供了一個或多個校準傳感器36，每一個都位于一個相應的 預設位置上。多個光線6中的一個相應光線入射到校準傳感器36中的一個 相應傳感器，從而能夠確定多個光線的時間順序，因此將能夠識別每個光 線。在本實施例里， 一個校準傳感器36被安置在第一反射器16和17中一 個反射器的末端處。傳感系統(tǒng)記錄多個光線6中一個光線入射到校準傳感 器36的時間。這樣就記錄了一個掃描循環(huán)的起始時間。所以，能夠計算出 一個掃描循環(huán)的長度，即掃描周期，即相繼入射到校準傳感器36之間的時 間間隔。
在使用旋轉多角鏡的實施例里，旋轉速度通常是常數(shù)。所以，通過一 個掃描周期的簡單線性函數(shù)，能夠計算出發(fā)出多個光線6中一個特定光線 的時間。在使用校準或校正鏡如MEMS鏡的實施例里，速度是時間的正弦 函數(shù)。所以，通過一個掃描周期的逆三角函數(shù)，能夠計算出發(fā)出多個光線 6中一個特定光線的時間。因此， 一個特定位置坐標被掃描的時間也是已 知的，因為它對應著特定的光線。這就允許傳感系統(tǒng)1能夠識別沿著感應平面4和11的哪些光線被觸摸輸入2阻斷，接著傳感系統(tǒng)1能夠確定觸摸 輸入的位置坐標。
可以理解，有其它實施例僅擁有反射裝置8和12中的一個反射裝置。 在這些實施例里，僅能夠確定觸摸輸入2的一個位置坐標，因為僅有一個 方向的沿著各自感應平面4和11傳播的一個光線子集10和14。但是，可 以理解，可以產生穿過觸摸板的其它方向上的光線，并使用其它裝置進行 感應。例如，可以提供多個準直光源在靠近各自感應平面4和11的另一個 邊緣，以產生在第二方向上的光線。也可以在一個對面邊緣上提供多個傳 感器，用來感應第二方向上的這些光線。從而能夠確定觸摸輸入2的兩個 位置坐標，因此能夠確定觸摸方位。
同樣有實施例擁有不止兩個反射裝置。在一些實施例里，擁有不止兩 個反射裝置提高了傳感系統(tǒng)1的精確性和準確性，因為可以在更多方向上 產生更多光線。在其它實施例里，擁有不止兩個反射裝置使傳感系統(tǒng)1能 夠確定觸摸輸入2的不止兩個位置坐標。例如，如果能夠確定三個位置坐 標，那么就能夠計算出觸摸輸入的一個三維位置。在這些實施例里，對應 多個反射裝置的多個感應平面可以是共面的、或堆疊的、或其組合。
本發(fā)明的傳感系統(tǒng)1允許沿著感應平面4和11傳播的光線子集10和 14被緊密間隔開，從而在感應觸摸輸入2時提供一個更高的分辨率。沿著 感應平面4和11的平行光線10和14之間的間隔可以達到大約lmm的量 級。
在另一個方面，本發(fā)明還提供一種在觸敏裝置上感應一個觸摸輸入的 方法。本發(fā)明這方面的一個優(yōu)選實施例是一種包括上述傳感系統(tǒng)1一些特
征的方法。
所以，本方法的優(yōu)選實施例包括產生多個沿著不同于感應平面4的 一個或多個平面7的準直光線6;靠近感應平面4的一個邊緣9，將至少光 線6的子集10轉換成平行光線，并重新引導該光線子集沿著感應平面4。 沿著感應平面4的光線10中的至少一個光線被觸摸輸入2阻斷，從而能夠確定觸摸輸入的 一個位置坐標。
如上所述，產生的多個光線6沿著的一個或多個平面7也不同于第二 感應平面ll。本實施例還包括，靠近第二感應平面11的一個邊緣13，將 光線6的第二子集14轉換成平行光線，并在不同于光線第一子集10的方 向上重新引導光線第二子集14沿著第二感應平面11。從而光線的第一和 第二子集形成一個光線網格。至少一個來自沿著第二感應平面11的第二子 集14的光線被觸摸輸入2阻斷，從而能夠確定觸摸輸入的第二位置坐標。 產生的第一和第二光線子集10和14，使得它們互相垂直正交，并被均勻 隔開，從而光線網格是一個均勻正交的光線網格。
本實施例還包括重新引導光線子集10和14到感應平面4和11的第一 歩驟，以及重新引導光線子集沿著感應平面的第二步驟。要么第一步驟要 么第二步驟包括將光線子集10和14轉換成平行光線。在本實施例里，第 一步驟包括將光線子集10和14轉換成平行光線。
本實施例包括使用第一反射器16和17的相應反射小平面20以在平行 于光線子集的其它光線的方向上重新引導光線子集10和14的每個光線到 感應平面4和11。如上所述，每個反射小平面20關于一個垂直于相應光 線的平面而傾斜。
如上所述，觸敏裝置3包括觸摸板21，光線子集10和14在被重新引 導到感應平面4和11之前是在觸摸板的第一側面22。
在一個變體里，感應平面4和11是在觸摸板21的第二側面23，第二 側面是在第一側面22的對面，使得至少一個沿著感應平面4和11的光線 10和14被施加在或靠近觸摸板21上的觸摸輸入2阻斷，從而能夠確定觸 摸輸入在觸摸板上的一個位置坐標。
在第二變體里，感應平面4和11'穿過觸摸板21，使得至少一個沿著 感應平面4和11的光線10和14被施加在或靠近觸摸板21上的觸摸輸入 2阻斷，從而能夠確定觸摸輸入在觸摸板上的一個位置坐標。如上所述，觸摸板21包括至少一個反射邊緣24。本實施例還包括使 用觸摸板21的反射邊緣24來重新引導沿著感應平面4和11的光線子集 10和14穿過觸摸板21。
通過從準直光源5發(fā)出至少一個光線射向旋轉反射器15，從而以發(fā)散 光線形式而產生多個光線。
如上所述，光線子集10和14的每個光線經過從光源5到感應平面4 和11并沿著感應平面的各個外出路徑25。本方法的實施例還包括，靠近 感應平面4和11的第二邊緣28a和28b(它們在第一邊緣9和13的對面)， 重新引導光線子集10和14的每個光線沿著平行于各個外出路徑25的各個 返回路徑29，回到光源5。本實施例還包括感應各個返回路徑29上的光線 子集io和14的每個光線。
在一個變體里，本實施例包括使用位于旋轉反射器15和光源5之間的 分束器30，使得每個光線的外出部分31穿過分束器30后沿著各自外出路 徑25繼續(xù)行進。然后，外出部分31沿著各自的返回路徑29返回，從而外 出部分31的返回部分32被分束器30重新引導用于進行感應。
在另一個變體里，光線子集10和14的每個光線被重新引導沿著各個 返回路徑29返回，各個返回路徑與各個外出路徑25有偏移。本實施例還 包括使用傳感裝置26，它具有感應面33和穿過感應面的孔34。如上所述， 傳感裝置26位于旋轉反射器15和光源5之間，使得在各自外出路徑25 上的每個光線穿過孔34，并在各自返回路徑29上入射到感應面33。
如上所述，可以理解，各個返回路徑29不一定精確平行于各個外出路 徑25，可以稍微與各個外出路徑25偏離一個小角度，如圖13(b)所示。
本方法的實施例還包括使用一個或多個校準傳感器36來確定多個光 線的時間順序，從而能夠識別每個光線。本發(fā)明提供許多優(yōu)于現(xiàn)有技術的明顯優(yōu)勢?？梢援a生任何形式的光線， 因為反射裝置被設置成將光線反射成沿著每個感應平面的平行、均勻間隔 的光線。其中一個特別優(yōu)點是光線可以是從一個單光源產生的發(fā)散光線。 這樣可以極大降低所需組件的數(shù)目，特別是相對昂貴的準直光源，如激光。
另一個重要優(yōu)點是來自光源的光線被轉換成平行光線，并僅靠近感應 平面一個邊緣被重新引導沿著每個感應平面。這樣可以最小化光線的路徑 長度，其在光線傳播時可以最小化光損失和激光光斑尺寸增長。隨后能夠 改善傳感分辨率和準確性而優(yōu)于現(xiàn)有技術。每個第一反射器提供明顯的優(yōu) 勢，即將光線轉換成平行光線并僅利用一個反射器重新引導光線到各自的 感應平面。由于有多個反射小平面，可以最小化每個第一反射器的面積， 從而最小化整個系統(tǒng)尺寸并改善緊密性。
本發(fā)明的另一個優(yōu)點是一個正交均勻的光線網格可以在感應平面上產 生。這樣在探測觸摸輸入時產生更好且更一致的分辨率和準確性。
包括回復反射器同樣降低了部件數(shù)目，特別是所需的傳感裝置的數(shù)目。 由于光線被反射返回每個相應光源，所需的傳感裝置數(shù)目對應光源數(shù)目。 在僅有一個單光源的實施例里，僅需要一個單傳感器，此外，每個傳感器 可被安置靠近對應的光源，由于它們被安置在一起，這便于安裝和維護這 些部件。在優(yōu)選實施例里，每個光源和相應傳感器能夠形成一個單獨的掃 描和傳感模塊，進一步便于安裝和維護。
在觸摸板的實施例里，其它的優(yōu)點還包括更好地保護部件，如光源和 傳感器，由于這些部件被安置在觸摸板的下方，因此與用戶和外部環(huán)境隔 離。在一個或多個第二反射器是觸摸板的一個反射邊緣的實施例里，此優(yōu) 點得到增強，因為每個第二反射器也與用戶和外部環(huán)境隔離。在光線是在 觸摸板的上方或穿過觸摸板而被反射的實施例里，同樣解決了由外來物如 落在觸摸板上的粉塵或污垢阻礙光線而弓1起的錯誤探測的問題。
盡管已經參照具體示例描述了本發(fā)明，本領域技術人員將會理解，本 發(fā)明能夠有許多其它形式的實施例。本領域技術人員也將會理解，所述的各種示例的特征能夠以任何方式進行組合。
權利要求
1.一種在觸敏裝置上感應一個觸摸輸入的傳感系統(tǒng)，本系統(tǒng)包括一個感應平面；一個準直光源，用來產生沿著一個或多個平面的多個光線，所述一個或多個平面不同于感應平面；和一個反射裝置，靠近感應平面的一個邊緣，用來將至少一個光線子集轉換成平行光線，并重新引導該光線子集，使其沿著感應平面，沿著感應平面的光線中的至少一個光線被觸摸輸入阻斷，從而使傳感系統(tǒng)能夠確定觸摸輸入的一個位置坐標。
2. 依照權利要求1所述的傳感系統(tǒng)，包括第二所述感應平面，其也不同于準直光源產生的多個光線沿著的一個 或多個平面；和第二所述反射裝置，靠近第二感應平面的一個邊緣，用來將第二光線 子集轉換成平行光線，并在一個不同于第一光線子集方向的方向上重新引 導第二光線子集，使其沿著第二感應平面，從而第一和第二光線子集形成 一個光線網格，沿著第二感應平面的第二子集的光線中的至少一個光線被 觸摸輸入阻斷，從而使本傳感系統(tǒng)能夠確定觸摸輸入的第二位置坐標。
3. 依照權利要求2所述的傳感系統(tǒng)，其中第一和第二光線子集是互相 垂直正交的，從而光線網格是一個正交光線網格。
4. 依照權利要求1所述的傳感系統(tǒng)，其中反射裝置包括第一反射器和第二反射器，第一反射器將來自光源的光線子集反射到到感應平面，而第 二反射器反射來自第一反射器的光線子集，使得光線子集沿著感應平面?zhèn)?播。
5. 依照權利要求4所述的傳感系統(tǒng)，其中第一和第二反射器中的一個反射器將光線子集轉換成平行光線。
6. 依照權利要求5所述的傳感系統(tǒng)，其中第一反射器將光線子集轉換 成平行光線，而第二反射器是一個平面反射器，重新引導平行光線沿著感 應平面。
7. 依照權利要求6所述的傳感系統(tǒng)，其中第一反射器包括多個反射小 平面(reflecting facet),每個反射小平面對應于一個垂直于光線子集的相 應光線的平面而傾斜，以在平行于光線子集的其它光線的方向上重新引導 各個光線到感應平面。
8. 依照權利要求1所述的傳感系統(tǒng)，其中觸敏裝置包括一個觸摸板， 其中光線子集在到達反射裝置之前是在觸摸板的第一側面。
9. 依照權利要求8所述的傳感系統(tǒng)，其中感應平面是在觸摸板的第二 側面，第二側面是在第一側面的對面，使得沿著感應平面的光線中的至少 一個光線被施加在或靠近觸摸板的觸摸輸入阻斷，從而使傳感系統(tǒng)能夠確 定觸摸輸入在觸摸板上的一個位置坐標。
10. 依照權利要求8所述的傳感系統(tǒng)，其中感應平面穿過觸摸板，使 得沿著感應平面的光線中的至少一個光線被施加在或靠近觸摸板上的觸摸 輸入阻斷，從而使傳感系統(tǒng)能夠確定觸摸輸入在觸摸板上的一個位置坐標。
11. 依照權利要求10所述的傳感系統(tǒng)，其中觸摸板包括一個反射邊緣， 其形成至少一部分反射裝置，反射邊緣重新引導光線子集沿著感應平面， 在觸摸板中穿行。
12. 依照權利要求1所述的傳感系統(tǒng)，包括一個旋轉反射器，其中準 直光源產生至少一個光線入射到旋轉反射器，從而產生多條光線，其中多 條光線的方向互不相同，因而呈一個發(fā)散的形狀。
13. 依照權利要求12所述的傳感系統(tǒng)，其中旋轉反射器包括一個旋轉 多角鏡。
14. 依照權利要求12所述的傳感系統(tǒng)，其中旋轉反射器包括一個 MEMS掃描鏡。
15. 依照權利要求12所述的傳感系統(tǒng)，其中光線子集的每個光線經歷 一個從光源到反射裝置并沿著感應平面的外出路徑，傳感系統(tǒng)還包括一個 傳感裝置和一個回復反射器，回復反射器靠近感應平面的第二邊緣，第二 邊緣是在第一邊緣的對面，用來重新引導光線子集的每個光線沿著返回路 徑而返回到傳感裝置，返回路徑平行于外出路徑。
16. 依照權利要求15所述的傳感系統(tǒng)，包括一個位于旋轉反射器和光 源之間的分束器(beam splitter),使得每個光線的外出部分穿過分束器而 沿著外出路徑繼續(xù)行進，然后，部分外出光線沿著返回路徑返回，而外出 部分的返回部分被分束器重新引導到傳感裝置。
17. 依照權利要求15所述的傳感系統(tǒng)，其中回復反射器是一個回射器， 返回路徑與外出路徑有偏移，其中傳感裝置包括一個感應面和一個穿過感 應面的孔，傳感裝置被安置在旋轉反射器和光源之間，使得每個光線在外 出路徑上穿過孔，而在返回路徑上入射到感應面。
18. 依照權利要求15所述的傳感系統(tǒng)，其中傳感裝置包括一個光學傳 感器。
19. 依照權利要求18所述的傳感系統(tǒng)，其中光學傳感器包括一個半導 體光電二極管。
20. 依照權利要求12所述的傳感系統(tǒng)，包括一個或多個校準傳感器，每個都位于一個相應的預設位置上，多個光線中的相應一個光線入射到一 個相應的校準傳感器，因此能夠確定多個光線的時間順序，從而能夠識別 每個光線。
21. 依照權利要求1所述的傳感系統(tǒng)，其中準直光源產生紅外光線。
22. 依照權利要求1所述的傳感系統(tǒng)，其中準直光源包括一個激光或 一個LED。
23. —種在觸敏裝置上感應一個觸摸輸入的方法，本方法包括產生多個沿著一個或多個平面的準直光線，這一個或多個平面不同于感應平面；禾口靠近感應平面的一個邊緣，將至少一個光線子集轉換成平行光線，并 重新引導光線子集，使其沿著感應平面，沿著感應平面的光線中的至少一 個光線被觸摸輸入阻斷，從而能夠確定觸摸輸入的一個位置坐標。
24. 根據(jù)權利要求23所述的方法，其中產生的多個光線沿著的一個或 多個平面也不同于第二所述感應平面，本方法包括靠近第二感應平面的一個邊緣，將第二光線子集轉換成平行光線，并 在不同于第一光線子集方向的方向上重新引導第二光線子集，使其沿著第 二感應平面，從而第一和第二光線子集形成一個光線網格，來自沿著第二 感應平面的第二光線子集中的至少一個光線被觸摸輸入阻斷，從而能夠確 定觸摸輸入的第二位置坐標。
25. 根據(jù)權利要求24所述的方法，其中第一和第二光線子集是互相垂 直正交的，從而光線網格是一個正交光線網格。
26. 根據(jù)權利要求23所述的方法，包括重新引導光線子集到感應平面 的第一步驟，以及重新引導光線子集沿著感應平面的第二步驟。
27. 根據(jù)權利要求26所述的方法，其中第一和第二步驟中的一個歩驟包括將光線子集轉換成平行光線。
28. 根據(jù)權利要求27所述的方法，其中第一步驟包括將光線子集轉換 成平行光線。
29. 根據(jù)權利要求28所述的方法，包括使用一個反射器的一個反射小 平面以在一個平行于光線子集中其它光線的方向上重新引導光線子集的每 個光線到感應平面，每個反射小平面關于一個垂直于相應光線的平面而傾 斜。
30. 根據(jù)權利要求23所述的方法，其中觸敏裝置包括一個觸摸板，其 中光線子集在被重新引導到感應平面之前是在觸摸板的第一側面。
31. 根據(jù)權利要求30所述的方法，其中感應平面是在觸摸板的第二側 面，第二側面是在第一側面的對面，使得沿著感應平面的光線中的至少一 個光線被施加在或靠近觸摸板上的觸摸輸入阻斷，從而能夠確定觸摸輸入 在觸摸板上的一個位置坐標。
32. 根據(jù)權利要求30所述的方法，其中感應平面穿過觸摸板，使得沿 著感應平面的光線中的至少一個光線被施加在或靠近觸摸板上的觸摸輸入 阻斷，從而能夠確定觸摸輸入在觸摸板上的一個位置坐標。
33. 根據(jù)權利要求32所述的方法，其中觸摸板包括一個反射邊緣，本 方法包括使用觸摸板的反射邊緣來重新引導光線子集沿著感應平面穿過觸 摸板。
34. 根據(jù)權利要求23所述的方法，其中通過從準直光源發(fā)出至少一個 光線射向旋轉反射器，而產生多條光線，其中此多條光線的方向互不相同，因而呈一個發(fā)散的形狀。
35. 根據(jù)權利要求34所述的方法，其中旋轉反射器包括一個旋轉多角
36. 根據(jù)權利要求34所述的方法，其中旋轉反射器包括一個MEMS 掃描鏡。
37. 根據(jù)權利要求34所述的方法，其中光線子集中的每個光線經歷一 個從光源到感應平面并沿著感應平面的外出路徑，本方法還包括靠近感應平面的第二邊緣，第二邊緣是在第一邊緣的對面，重新引導 光線子集的每個光線沿著平行于外出路徑的返回路徑回到光源；和感應在返回路徑上光線子集的每個光線。
38. 根據(jù)權利要求37所述的方法，包括使用一個位于旋轉反射器和光 源之間的分束器，每個光線的外出部分能夠穿過分束器而沿著外出路徑繼 續(xù)行進，然后外出部分沿著返回路徑返回，外出部分的返回部分被分束器 重新引導用于進行感應。
39. 根據(jù)權利要求37所述的方法，其中每個光線被重新引導而沿著返 回路徑返回，返回路徑與外出路徑有偏移，本方法包括使用一個傳感裝置， 其具有一個感應面和一個穿過感應面的孔，傳感裝置被安置在旋轉反射器 和光源之間，使得每個光線外出路徑上穿過孔并在返回路徑上入射到感應 面。
40. 根據(jù)權利要求37所述的方法，包括使用一個光學傳感器來感應返 回路徑上的每個光線。
41. 根據(jù)權利要求40所述的方法，其中光學傳感器包括一個半導體光電二極管。
42. 根據(jù)權利要求34所述的方法，包括使用一個或多個校準傳感器來 確定多個光線的時序，從而能夠識別每個光線，每個校準傳感器被安置在 一個相應的預設位置上，多個光線中的每個相應光線入射到一個相應的校 準傳感器。
43. 根據(jù)權利要求23所述的方法，其中多個光線是紅外光線。
44. 根據(jù)權利要求23所述的方法，其中多個光線是通過激光器或LED產生。
全文摘要
一種用來在觸敏裝置上感應一個觸摸輸入的傳感系統(tǒng)，本系統(tǒng)包括一個感應平面；一個準直光源，用來產生多個光線沿著不同于感應平面的一個或多個平面；以及一個靠近感應平面一個邊緣的反射裝置，用來將至少一個光線子集轉換成平行光線，并重新引導光線子集，使其沿著感應平面，沿著感應平面的光線中的至少一個光線被觸摸輸入阻斷，從而使傳感系統(tǒng)能夠確定觸摸輸入的一個位置坐標。本發(fā)明也提供了一種在觸敏裝置上感應一個觸摸輸入的相關方法。
文檔編號G06F3/042GK101593063SQ200910141870
公開日2009年12月2日 申請日期2009年5月19日 優(yōu)先權日2009年4月29日
發(fā)明者馮耀軍, 穎 劉, 蔡振榮, 陳守龍 申請人:香港應用科技研究院有限公司