本公開內(nèi)容一般地涉及觸摸屏，并且更特別地涉及光學(xué)觸摸屏系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

觸摸屏是可用于包括手機(jī)、個(gè)人數(shù)字助理(PDA)、電子書、銷售點(diǎn)終端等各種基于計(jì)算機(jī)的產(chǎn)品的輸入設(shè)備。觸摸屏通常以覆蓋于顯示器上的透明薄膜形成，使得用戶能夠直觀地與顯示器上的對(duì)象和場(chǎng)景交互。

目前已有若干種已知類型的觸摸屏，包括電阻式、電容式、紅外和聲波觸摸屏。電容式觸摸屏由于低沉本、相對(duì)精度以及檢測(cè)多個(gè)觸摸的能力已經(jīng)成為最流行的。電容式觸摸屏通過檢測(cè)由于用戶手指的觸摸或者很靠近屏幕而引起的電容小變化來(lái)工作。但是因?yàn)樗鼈円蕾囉陔娙莸男∽兓?，所以電容式觸摸屏對(duì)于由例如灰塵、水等引起的假觸摸檢測(cè)以及對(duì)于電磁干擾(EMI)是敏感的。而且難以區(qū)分實(shí)際觸摸與諸如手指之類的對(duì)象很靠近屏幕的情形。另外，電容式觸摸屏還無(wú)法輕易地放大尺寸，因?yàn)樾盘?hào)辨別能力變得過低。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

在一個(gè)方面的實(shí)施例中，本實(shí)用新型提供一種觸摸屏，包括：透光介質(zhì)；第一光源，被定位成沿第一方向發(fā)射跨越所述透光介質(zhì)的光；第二光源，被定位成沿垂直于所述第一方向的第二方向發(fā)射跨越所述透光介質(zhì)的光；檢測(cè)電路，用于檢測(cè)由所述第一光源及第二光源沿所述第一方向及第二方向發(fā)射的光的駐波圖形；以及控制電路，與所述檢測(cè)電路耦接，用于測(cè)量在未觸摸狀態(tài)下的第一駐波圖形以及在觸摸狀態(tài)下的第二駐波圖形，所述控制電路響應(yīng)于所述第一駐波圖形與所述第二駐波圖形之間的差異而檢測(cè)觸摸位置。

根據(jù)上述觸摸屏的一個(gè)單獨(dú)實(shí)施例，其中所述第一光源提供集中于第一波長(zhǎng)的基本上相干的光，并且所述第二光源提供集中于與所述第一波長(zhǎng)不同的第二波長(zhǎng)的基本上相干的光。

根據(jù)上述觸摸屏的一個(gè)單獨(dú)實(shí)施例，其中所述第一光源以第一脈沖時(shí)序提供基本上相干的光，并且所述第二光源在與所述第一脈沖時(shí)序不同的第二脈沖時(shí)序提供基本上相干的光。

根據(jù)上述觸摸屏的一個(gè)單獨(dú)實(shí)施例，其中所述第一光源包括在所述觸摸屏之下的顯示器的邊緣行以及與所述邊緣行及所述透光介質(zhì)相鄰用于沿所述第一方向引導(dǎo)光的多個(gè)相應(yīng)的棱鏡元件。

根據(jù)上述觸摸屏的一個(gè)單獨(dú)實(shí)施例，其中：所述第一光源被定位為沿著所述透光介質(zhì)的第一側(cè)面，并且所述第二光源被定位為沿著所述透光介質(zhì)的第二側(cè)面；并且所述檢測(cè)電路包括：沿著與所述第一側(cè)面相對(duì)的第三側(cè)面的包括第一多個(gè)像素的第一光檢測(cè)器；以及沿著與所述第二側(cè)面相對(duì)的第四側(cè)面的包括第二多個(gè)像素的第二光檢測(cè)器。

根據(jù)上述觸摸屏的一個(gè)單獨(dú)實(shí)施例，其中所述第一光檢測(cè)器及第二光檢測(cè)器分別包括在所述觸摸屏之下的顯示器的邊緣行和邊緣列。

根據(jù)上述觸摸屏的一個(gè)單獨(dú)實(shí)施例，其中所述第一光檢測(cè)器及第二光檢測(cè)器分別被布置為垂直沿著所述觸摸屏的所述第三側(cè)面及第四側(cè)面。

根據(jù)上述觸摸屏的一個(gè)單獨(dú)實(shí)施例，其中所述透光介質(zhì)包括：從所述第一側(cè)面向所述第三側(cè)面延伸的第一多個(gè)光纖，以及基本上垂直于所述第一多個(gè)光纖且從所述第二側(cè)面向所述第四側(cè)面延伸的第二多個(gè)光纖；以及位于所述第一多個(gè)光纖的相鄰光纖對(duì)之間的多個(gè)圓形腔。

在另一個(gè)方面的實(shí)施例中，本實(shí)用新型提供一種光學(xué)觸摸屏系統(tǒng)，包括：用于形成包括散布有多個(gè)圖像傳感器像素的多個(gè)顯示像素的混合的顯示和圖像傳感器的半導(dǎo)體主體；以及控制電路，用于以第一圖形來(lái)驅(qū)動(dòng)所述多個(gè)顯示像素并且測(cè)量所述多個(gè)圖像傳感器像素的第二圖形，所述控制電路分析所述第二圖形以檢測(cè)對(duì)象的位置并且響應(yīng)于所述第二圖形而選擇性地檢測(cè)觸摸位置。

根據(jù)上述光學(xué)觸摸屏系統(tǒng)的一個(gè)單獨(dú)實(shí)施例，其中還包括覆蓋于所述混合的顯示和圖像傳感器的表面上的空間光調(diào)制器。

附圖說(shuō)明

通過參照附圖，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以更好理解本公開內(nèi)容，并且會(huì)清楚其眾多的特征和優(yōu)點(diǎn)，在附圖中：

圖1以局部框圖和局部頂視圖來(lái)示出現(xiàn)有技術(shù)已知的電容式觸摸屏系統(tǒng)；

圖2以局部框圖和局部透視圖來(lái)示出根據(jù)各種實(shí)施例的光學(xué)觸摸屏系統(tǒng)；

圖3示出了根據(jù)第一特定實(shí)施例的光學(xué)觸摸屏系統(tǒng)的頂視圖；

圖4示出了根據(jù)第二特定實(shí)施例的光學(xué)觸摸屏系統(tǒng)的頂視圖；

圖5以局部框圖和局部透視圖來(lái)示出根據(jù)第三特定實(shí)施例的光學(xué)觸摸屏系統(tǒng)；

圖6以局部框圖和局部側(cè)視圖來(lái)示出根據(jù)第四特定實(shí)施例的光學(xué)觸摸屏系統(tǒng)；以及

圖7以局部框圖和局部透視圖來(lái)示出根據(jù)第五特定實(shí)施例的光學(xué)觸摸屏系統(tǒng)。

圖8示出了根據(jù)第六特定實(shí)施例的使用混合的顯示和光傳感器的光學(xué)觸摸屏系統(tǒng)的側(cè)視圖。

圖9示出了根據(jù)第七特定實(shí)施例的使用混合的顯示和光傳感器的光學(xué)觸摸屏系統(tǒng)的側(cè)視圖。

在不同附圖中的相同附圖標(biāo)識(shí)被用來(lái)指示相似的或相同的項(xiàng)。除非另有指出，否則詞語(yǔ)“耦接的”及其關(guān)聯(lián)的動(dòng)詞形式包括直接連接以及借助于本技術(shù)領(lǐng)域已知的方式進(jìn)行的間接電連接，并且除非另有指出，否則任何關(guān)于直接連接的描述都同樣隱含使用適合形式的間接電連接的可替換實(shí)施例。

具體實(shí)施方式

在本文所給出的某些實(shí)施例中所公開的光學(xué)觸摸屏系統(tǒng)依賴于以下性質(zhì)：透射穿過外殼的光將會(huì)展現(xiàn)出能夠由附近的對(duì)象(例如，手指、觸控筆等)擾動(dòng)的駐波干擾圖形。通過感測(cè)出在未觸摸狀態(tài)下的圖形作為基線，觸摸能夠通過將隨后測(cè)得的圖形與在未觸摸狀態(tài)下的圖形進(jìn)行比較來(lái)檢測(cè)出，并且使用駐波圖形內(nèi)的擾動(dòng)來(lái)定位觸摸的位置。

根據(jù)其他實(shí)施例，光學(xué)觸摸屏系統(tǒng)包含用于形成包含散布有圖像傳感器像素陣列的顯示像素陣列的混合的顯示和圖像傳感器的半導(dǎo)體主體，以及控制電路?？刂齐娐芬缘谝粓D形來(lái)驅(qū)動(dòng)一個(gè)或多個(gè)顯示像素并且使用圖像傳感器像素來(lái)測(cè)量第二圖形?？刂齐娐贩治龅诙D形以檢測(cè)諸如手指或觸控筆之類的對(duì)象的尺寸和位置，并且響應(yīng)于第二圖形而選擇性地檢測(cè)觸摸位置。在某些實(shí)施例中，光學(xué)觸摸屏系統(tǒng)還包含覆蓋于混合的顯示和圖像傳感器的表面之上的空間光調(diào)制器。在一種形式中，空間光調(diào)制器是衍射光柵，并且控制電路通過激活顯示像素并測(cè)量在多個(gè)相鄰的圖像傳感器像素中的反射光來(lái)測(cè)量對(duì)象的位置。在另一種形式中，光學(xué)觸摸屏系統(tǒng)激活多個(gè)顯示像素并且使用空間光調(diào)制器來(lái)創(chuàng)建附近對(duì)象的全息圖。

圖1以局部框圖和局部頂視圖來(lái)示出現(xiàn)有技術(shù)已知的電容式觸摸屏系統(tǒng)100。電容式觸摸屏系統(tǒng)100一般地包含觸摸屏110、驅(qū)動(dòng)器120、接收器130、處理器140和顯示器150。觸摸屏110是具有覆蓋且跨水平導(dǎo)體之上的垂直導(dǎo)體的矩形透明屏幕，垂直導(dǎo)體和水平導(dǎo)體的相交處代表潛在的觸摸位置。處理器140具有與驅(qū)動(dòng)器120的輸入耦接的輸出，用于控制驅(qū)動(dòng)器120來(lái)給水平導(dǎo)體提供信號(hào)。接收器130具有與垂直導(dǎo)體連接的輸入，用于檢測(cè)電容變化并將測(cè)量結(jié)果提供給處理器140。顯示器150位于觸摸屏110之下，使得用戶能夠直觀地與顯示器150上的對(duì)象或圖像交互。

例如，驅(qū)動(dòng)器120能夠使用水平導(dǎo)體內(nèi)的電容，以形成其頻率由電容確定的振蕩器。接收器130然后測(cè)量在垂直導(dǎo)體上的頻率并且通過感測(cè)出相比于未觸摸狀態(tài)的振蕩頻率之差來(lái)檢測(cè)觸摸。處理器140在與檢測(cè)到的頻率偏差對(duì)應(yīng)的行和列處檢測(cè)到觸摸。測(cè)量電容變化的其他方式同樣是可能的。

雖然電容式觸摸屏系統(tǒng)100成本低且相當(dāng)可靠，但是在導(dǎo)體之間的小電容同樣能夠受到除了人的手指之外的其他對(duì)象(例如，水滴)擾動(dòng)。EMI同樣能夠?qū)е抡`檢測(cè)。而且，電容式觸摸屏系統(tǒng)100難以將接近觸摸與實(shí)際觸摸區(qū)分開，使得它可能是過度靈敏的。

圖2以局部框圖和局部透視圖來(lái)示出根據(jù)各種實(shí)施例的光學(xué)觸摸屏系統(tǒng)200。光學(xué)觸摸屏系統(tǒng)200一般地包含透光介質(zhì)202、光源212和222、光檢測(cè)器232和242，以及控制電路250。

透光介質(zhì)202一般為通過已知的有機(jī)或無(wú)機(jī)材料形成的透明薄膜。例如，在一種實(shí)施例中，透光介質(zhì)202能夠以具有大約2.6的相對(duì)較高的折射率的TiO₂形成。透光介質(zhì)202具有第一側(cè)面210、第二側(cè)面220、第三側(cè)面230和第四側(cè)面240。光源212被定位于第一側(cè)面210處或附近，用于從第一側(cè)面210向第三側(cè)面230發(fā)射光。光源222被定位于第二側(cè)面220處或附近，用于從第二側(cè)面220向第四側(cè)面240發(fā)射光。光源212和222是可以發(fā)射部分或基本上相干的光的任意合適的光發(fā)射器。光源212和222的實(shí)例將會(huì)在下文進(jìn)行描述。在一種特定的實(shí)施例中，光源212和222發(fā)射不同波長(zhǎng)的光。

光檢測(cè)器232是沿第三側(cè)面230布置的一組光電檢測(cè)器。每個(gè)這樣的光電檢測(cè)器都能夠是單個(gè)圖像傳感器像素或圖像傳感器像素陣列。盡管在圖2中被示為沿透光介質(zhì)202的深度布置的，如同下文將描述的，但是光電檢測(cè)器同樣能夠沿透光介質(zhì)202之下的平面來(lái)布置。同樣地，光檢測(cè)器242是沿第四側(cè)面240布置的類似的一組光電檢測(cè)器。

控制電路250包含驅(qū)動(dòng)器252、接收器254和控制器256。驅(qū)動(dòng)器252具有輸入，以及與每個(gè)光源212和222連接的輸出，用于給光源212和222提供激活信號(hào)。接收器254具有與光檢測(cè)器232和243連接的輸入，以及輸出?？刂破?56具有與接收器254的輸出連接的輸入，以及與驅(qū)動(dòng)器252的輸入連接的輸出。在一種示例性的實(shí)施例中，光檢測(cè)器232和242每個(gè)都包含水平的電荷耦合器件(CCD)，用于采集由每個(gè)光電檢測(cè)器按順序接收到的信號(hào)并將它們傳輸給接收器254，并且接收器254包含放大器和模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)，用于將由每個(gè)CCD提供的信號(hào)轉(zhuǎn)換成代表所接收的光強(qiáng)的數(shù)字信號(hào)以進(jìn)一步處理。在其他實(shí)施例中，光檢測(cè)器232和242能夠使用互補(bǔ)型金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)技術(shù)以有源像素傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)。

根據(jù)下文將描述的各種特定實(shí)施例，光學(xué)觸摸屏系統(tǒng)200依賴于光源212和222在透光介質(zhì)202中建立駐波圖形。光檢測(cè)器232和242能夠分別檢測(cè)沿著側(cè)面230和240的駐波圖形。另外，光學(xué)觸摸屏系統(tǒng)200還依賴于以下事實(shí)：觸摸(例如，非常接近于透光介質(zhì)202的頂表面的手指)擾動(dòng)駐波圖形。控制器256使用光源212和222來(lái)確定在未觸摸狀態(tài)下的第一駐波圖形，并且然后確定在觸摸狀態(tài)下的第二駐波圖形?？刂破?56響應(yīng)于第一及第二駐波圖形之差來(lái)確定觸摸位置。注意，控制器256可以使用在圖形與位置之間的復(fù)雜變換來(lái)推斷出觸摸位置。

如同下文將關(guān)于若干特定實(shí)施例來(lái)描述的，光學(xué)觸摸屏系統(tǒng)200提供了相對(duì)于電容式觸摸方式的若干改進(jìn)。首先，由于它依賴于能夠發(fā)射光的物理對(duì)象的接近，因而觸摸檢測(cè)將不容易受EMI影響，并且甚至將會(huì)檢測(cè)到電絕緣對(duì)象(例如，戴手套的手指)的存在。其次，觸摸檢測(cè)是全息的，并且從而對(duì)象朝屏幕靠近也能夠被檢測(cè)到，還有對(duì)象的尺寸和形狀。這種能力允許觸摸檢測(cè)軟件過濾掉無(wú)關(guān)的對(duì)象，例如，水滴。第三，對(duì)駐波圖形的檢測(cè)能夠用以前存在的元件來(lái)執(zhí)行，從而允許低成本的實(shí)施方式。

圖3示出了根據(jù)第一特定實(shí)施例的光學(xué)觸摸屏系統(tǒng)300的頂視圖。在光學(xué)觸摸屏系統(tǒng)300中，透光介質(zhì)202以包含第一組水平光纖304和第二組垂直光纖306的一組分立光纖來(lái)形成。每個(gè)光纖都能夠以任意合適的透光材料(例如，TiO₂)形成。在這方面，光源212和222提供偏振光，使得部分光逃逸出。觸摸，例如，觸摸區(qū)310，影響由光檢測(cè)器232和242接收到的信號(hào)的幅值。特別地，由在光學(xué)觸摸屏300之上的觸摸區(qū)310代表的觸摸將會(huì)導(dǎo)致光纖內(nèi)的擾動(dòng)，并且擾動(dòng)的水平和垂直位置及形狀與在光檢測(cè)器232和242內(nèi)的檢測(cè)信號(hào)之間的相關(guān)性能夠被找出。

圖4示出了根據(jù)第二特定實(shí)施例的光學(xué)觸摸屏系統(tǒng)400的頂視圖。光學(xué)觸摸屏系統(tǒng)400包含了其其中代表性部分420示于圖4中的透光介質(zhì)202。部分420包含水平延伸的一組光纖422，在每隔一對(duì)光纖422之間有圓形腔組424。光纖和圓形中的每個(gè)腔能夠以任意合適的透光材料(例如，TiO₂)形成。右側(cè)是線性檢測(cè)器陣列410，而左側(cè)是線性檢測(cè)器陣列430。每個(gè)線性檢測(cè)器陣列都包含散布有圖像傳感器像素的顯示像素，間隙對(duì)應(yīng)于相鄰光纖422之間的空間。線性檢測(cè)器陣列410包含光發(fā)射器412、光電檢測(cè)器414、光發(fā)射器416和光電檢測(cè)器418。線性檢測(cè)器陣列430包含光電檢測(cè)器432、光發(fā)射器434、光電檢測(cè)器436和光發(fā)射器438。因而，光發(fā)射器412位于第一光纖的右側(cè)，而光電檢測(cè)器432位于第一光纖的左側(cè)，光發(fā)射器434位于第二光纖的左側(cè)，而光電檢測(cè)器414位于第二光纖的右側(cè)，等等。

圓形腔424部分用于將來(lái)自一個(gè)光纖的光耦合至相鄰的光纖，使得入射光的強(qiáng)度由圓形腔424劃分成前向分量和后向分量。前向分量和后向分量的強(qiáng)度由于到不同數(shù)量的圓形腔內(nèi)的光耦合而從發(fā)射器到檢測(cè)器發(fā)生變化。該特性允許在特定位置的陣列上方的觸摸按照能夠被檢測(cè)到且與觸摸位置相關(guān)的方式擾動(dòng)前向分量和后向分量。

例如，假定存在觸摸440，如圖4所示。觸摸440擾動(dòng)由檢測(cè)器436感測(cè)到的前向分量以及由光電檢測(cè)器418感測(cè)到的后向分量。該擾動(dòng)能夠通過與來(lái)自未擾動(dòng)光纖的前向和后向信號(hào)的比較來(lái)感測(cè)。

在使用部分420的光學(xué)觸摸屏系統(tǒng)的一種實(shí)施例中，具有垂直于光纖422延伸的光纖的另一個(gè)層將會(huì)覆蓋于部分420之上或下墊于部分420之下。控制電路250將會(huì)使用來(lái)自該另一層的測(cè)量結(jié)果來(lái)確定觸摸440的X和Y坐標(biāo)。在另一種實(shí)施例中，光學(xué)觸摸屏系統(tǒng)包含具有僅沿一個(gè)方向延伸的光纖的單個(gè)層，并且使用前向分量和后向分量來(lái)不僅檢測(cè)出受觸摸440影響的行，還有沿著這些行的位置。但是，該另一種實(shí)施例不會(huì)產(chǎn)生像使用兩個(gè)正交層的光學(xué)觸摸屏系統(tǒng)那樣精確的觸摸位置。

圖5以局部框圖和局部透視圖來(lái)示出根據(jù)第三特定實(shí)施例的光學(xué)觸摸屏系統(tǒng)500。光學(xué)觸摸屏系統(tǒng)500包含覆蓋于顯示層520之上的透光介質(zhì)202。顯示層520包含延伸超出透光介質(zhì)202的邊緣的像素530和540的邊緣行。像素530的邊緣行包含被用作光源的紅色像素532和綠色像素534。光學(xué)觸摸屏系統(tǒng)500改變?cè)谶吘壭袃?nèi)的正常顯示圖像的用途以作為用于在透光介質(zhì)202內(nèi)建立駐波圖形的源來(lái)操作。紅光和綠光由像素532和534沿大體向上的方向發(fā)射，但是分別由棱鏡元件550和560重定向穿過透光介質(zhì)202，平行于顯示層520的平面。像之前一樣，紅光和綠光產(chǎn)生能夠在未觸摸狀態(tài)下測(cè)得的駐波圖形，并且在未觸摸狀態(tài)下的測(cè)量結(jié)果與當(dāng)前的測(cè)量結(jié)果之間的差異能夠被用來(lái)檢測(cè)觸摸位置。

邊緣像素的再使用通過改變現(xiàn)有顯示陣列的一部分的用途來(lái)允許低成本下的靈活操作。它還允許用于更精確觸摸檢測(cè)的各種調(diào)制模式，包括時(shí)間編碼、波長(zhǎng)編碼、空間編碼(棱鏡元件能夠收集來(lái)自若干LED的光)，以及偏振編碼。如果連同能夠區(qū)分它們的像素一起存在多個(gè)偏振、脈沖時(shí)序和/或波長(zhǎng)范圍的光源，則多少有些獨(dú)立的多個(gè)擾動(dòng)圖形能夠被計(jì)算出。因而，能夠進(jìn)行位置的多重確定，從而導(dǎo)致更加穩(wěn)健的總體觸摸位置確定。特別地，如果時(shí)序或偏振交錯(cuò)(例如，奇數(shù)光源具有一種狀態(tài)，而偶數(shù)光源具有另一種狀態(tài))，則能夠降低串?dāng)_，提高分辨率。

圖6以局部框圖和局部透視圖來(lái)示出根據(jù)第四特定實(shí)施例的光學(xué)觸摸屏系統(tǒng)600。光學(xué)觸摸屏系統(tǒng)600包含覆蓋于顯示平面610的透光介質(zhì)202。透光介質(zhì)202包含第一側(cè)面210和第二側(cè)面220以及相鄰的光源212和222。顯示平面610包含主顯示區(qū)612，以及在第三側(cè)面230附近的傳感器陣列614和在第四側(cè)面640附近的傳感器陣列616。光學(xué)觸摸屏系統(tǒng)600基于以下事實(shí)使用傳感器陣列614和616而不是232和242：在透光介質(zhì)202內(nèi)的駐波圖形將會(huì)將某一圖形反射到將會(huì)同樣受觸摸擾動(dòng)的顯示平面610之上。雖然與使用沿著邊緣的傳感器的光學(xué)觸摸屏系統(tǒng)相比損失了一定的靈敏性，但是它能夠被容易地且低成本地制造，并且這樣對(duì)于許多應(yīng)用將會(huì)是適合的。

圖7以局部框圖和局部透視圖來(lái)示出根據(jù)第五特定實(shí)施例的使用混合的顯示和光傳感器710的光學(xué)觸摸屏系統(tǒng)700。光學(xué)觸摸屏系統(tǒng)700包含用于形成與控制電路250連接的混合的顯示和光傳感器710的半導(dǎo)體基板720?；旌系娘@示和光傳感器710包含被示為清晰塊的圖像傳感器像素陣列(例如，代表性的圖像傳感器像素718)和被示為陰影塊的顯示像素陣列(例如，代表性的顯示像素712、714和716)混雜成棋盤格子圖形。

混合的顯示和光傳感器710包含半導(dǎo)體基板720和濾色器陣列730。在半導(dǎo)體基板720中，每個(gè)像素都以PN結(jié)二極管來(lái)形成，其中圖像傳感器像素使用反向偏置的二極管，例如，示例性的二極管722，而顯示像素使用正向偏置的二極管，例如，示例性的二極管724。濾色器陣列730覆蓋于半導(dǎo)體基板720之上，并且產(chǎn)生一般按修改的拜耳圖形來(lái)排布的綠色、紅色及藍(lán)色顯示像素，例如，綠色顯示像素712、紅色顯示像素714和藍(lán)色顯示像素716。修改的拜耳圖形像常規(guī)的拜耳濾波器那樣包含比例為2∶1∶1的綠色、紅色及藍(lán)色顯示像素，但是被修改為包含圖像傳感器像素陣列，圖像傳感器像素位于每對(duì)相鄰的顯示像素之間。像顯示像素一樣，圖像傳感器像素使用成修改的拜耳圖形的濾色器陣列。

雖然圖像傳感器像素典型地比顯示像素更小，但是為了便于制造，在光學(xué)觸摸屏系統(tǒng)700中，它們被制作成相同的尺寸。在一種可替換的實(shí)施例中，每個(gè)圖像傳感器像素能夠以更小的圖像傳感器的陣列來(lái)實(shí)現(xiàn)。

控制電路250激活顯示像素陣列，并且使用圖像傳感器像素陣列來(lái)采集圖像，以確定對(duì)象(例如，手指或觸控筆)距離表面的位置。位置包括平面坐標(biāo)以及到混合的顯示和圖像傳感器的表面的距離?？刂齐娐?50通過在鄰近的圖像傳感器像素處測(cè)量對(duì)象附近的反射光的強(qiáng)度來(lái)智能地測(cè)量該距離，使得它能夠準(zhǔn)確地區(qū)分觸摸和接近觸摸。半導(dǎo)體基板720和濾色器陣列730的生產(chǎn)成本低，并且光學(xué)觸摸屏系統(tǒng)700不需要單獨(dú)的透光層，但是控制電路250需要額外的處理能力來(lái)定位對(duì)象并且基于反射光圖形和強(qiáng)度來(lái)測(cè)量對(duì)象的位置。

混合的顯示和光傳感器710同樣能夠與其他元件一起使用，以形成可提供相對(duì)于電容式觸摸屏的各種優(yōu)勢(shì)的光學(xué)觸摸屏系統(tǒng)。現(xiàn)在將解釋兩個(gè)這樣的實(shí)例。

圖8示出了根據(jù)第六特定實(shí)施例的使用混合的顯示和光傳感器810的光學(xué)觸摸屏系統(tǒng)800的側(cè)視圖。光學(xué)觸摸屏系統(tǒng)800包含混合的顯示和光傳感器810以及按照覆蓋于混合的顯示和光傳感器810之上但與其分離的光柵820的形式的空間光調(diào)制器?；旌系娘@示和光傳感器810包含散布有圖像傳感器像素陣列的顯示像素陣列，并且類似于圖7的混合的顯示和光傳感器710那樣來(lái)構(gòu)造。如圖8所示，混合的顯示和光傳感器810包含示例性的藍(lán)色顯示像素812以及示例性的相鄰的藍(lán)色圖像傳感器像素814和816。

光柵820是具有用于分光并將光線衍射成若干光束或“光柵級(jí)次(grating orders)”的周期性結(jié)構(gòu)的衍射光柵，這些光束或“光柵級(jí)次”代表衍射光的強(qiáng)度的最大值。圖8所示的是與光柵級(jí)次0對(duì)應(yīng)的主光束830、向右移位了預(yù)定角度的且具有+1的光柵級(jí)次的光束831，以及向左移位的包含具有-1的光柵級(jí)次的光束841、具有-2的光柵級(jí)次的光束842、具有-3的光柵級(jí)次的光束843、具有-4的光柵級(jí)次的光束844以及具有-5的光柵級(jí)次的光束845的一組光束840。

如圖8所示，當(dāng)顯示像素812被激活時(shí)，光束830被反射到像素816之內(nèi)，并且光束841被反射到圖像傳感器像素814之內(nèi)。通過對(duì)穿過光柵820的反射光的圖形的分析，控制電路250可以檢測(cè)出在混合的顯示和光傳感器810的表面附近的對(duì)象的形狀和距離。由于該目的，光柵820可用于容易地且精確地測(cè)量位置。

圖9示出了根據(jù)第七特定實(shí)施例的使用混合的顯示和光傳感器910的光學(xué)觸摸屏系統(tǒng)900的側(cè)視圖。光學(xué)觸摸屏系統(tǒng)900包含覆蓋于混合的顯示和光傳感器910之上但與其分離的空間光調(diào)制器920?；旌系娘@示和光傳感器910再次包含具有散布有圖像傳感器像素陣列的顯示像素陣列以及上覆的濾色器陣列的半導(dǎo)體主體，并且類似于圖7的混合的顯示和光傳感器710那樣來(lái)構(gòu)造。在混合的顯示和光傳感器910中，每個(gè)顯示像素發(fā)射相干或部分相干的光。但是，與光學(xué)觸摸屏系統(tǒng)800不同，控制電路250促使混合的顯示和光傳感器910來(lái)激活許多像素，例如，圖9所示的藍(lán)色像素911-914，同時(shí)，每個(gè)像素發(fā)射相干的或部分相干的光。

空間光調(diào)制器920對(duì)來(lái)自相干的顯示像素的光進(jìn)行折射、重定向和相位匹配，以形成附近對(duì)象的自由空間的三維駐波圖形，即，全息圖。全息圖然后能夠由圖像傳感器像素陣列(例如，示例性圖像傳感器像素915)檢測(cè)到，以分析對(duì)象，從而確定對(duì)象的形狀以及對(duì)象到光學(xué)觸摸屏系統(tǒng)900的表面的距離。光學(xué)觸摸屏系統(tǒng)900能夠使用不同類型的空間光調(diào)制器，包括液晶顯示器(LCD)、聲光及電光調(diào)制器。LCD調(diào)制器是三者中最慢的，但卻是眾所周知的，并且已經(jīng)被廣泛地開發(fā)用于消費(fèi)者電子應(yīng)用。聲光和電光調(diào)制器較快，但較少開發(fā)。

因而，在空間光調(diào)制器(例如，衍射光柵或LCD調(diào)制器)的幫助下，下墊的混合的顯示和圖像傳感器能夠更準(zhǔn)確且更高效地形成附近對(duì)象的位置信息，從而簡(jiǎn)化了控制電路250的處理任務(wù)。

以上所公開的題材應(yīng)當(dāng)被理解為說(shuō)明性的，而非限制性的，并且隨附的權(quán)利要求書意指涵蓋屬于請(qǐng)求保護(hù)的真實(shí)范圍之內(nèi)的所有此類修改、增強(qiáng)以及其他實(shí)施例。例如，各種材料都能夠被用于形成透光層、光纖和圓形腔。而且，下墊的顯示層能夠被修改用途以包含用于測(cè)量駐波圖形以及這些圖形的擾動(dòng)的圖像傳感器像素。另外，還能夠給光學(xué)觸摸屏系統(tǒng)添加各種其他元件，以促進(jìn)觸摸檢測(cè)，例如，外部光源、棱鏡、光柵及空間光調(diào)制器。

根據(jù)觸摸屏的一個(gè)方面，第一及第二光源提供基本上相干的光。

根據(jù)另一個(gè)方面，第一光源基本上提供具有第一偏振的相干光，并且第二光源按不同于第一偏振的第二偏振來(lái)提供基本上相干的光。

根據(jù)又一個(gè)方面，沿著第三側(cè)面的第一多個(gè)像素以及沿著第四側(cè)面的第二多個(gè)像素每個(gè)都包含光電檢測(cè)器陣列。

根據(jù)還有另一個(gè)方面，觸摸屏的控制電路包含與第一及第二光源耦接的驅(qū)動(dòng)器、與第一及第二光檢測(cè)器耦接的接收器，以及用于響應(yīng)于接收器的輸出而確定觸摸位置的控制器。

根據(jù)裝置的一個(gè)方面，空間光調(diào)制器包括衍射光柵，并且控制電路通過激活顯示像素并測(cè)量在多個(gè)相鄰的圖像傳感器像素中的反射光來(lái)測(cè)量對(duì)象的位置。

根據(jù)另一個(gè)方面，空間光調(diào)制器包括液晶顯示器(LCD)調(diào)制器，并且控制電路通過激活該多個(gè)顯示像素并使用多個(gè)相鄰的圖像傳感器像素測(cè)量對(duì)象的全息圖來(lái)測(cè)量對(duì)象的位置。

根據(jù)又一個(gè)方面，該多個(gè)顯示像素按棋盤格(checkerboard)散布有多個(gè)圖像傳感器像素。

根據(jù)還有另一個(gè)方面，裝置包含覆蓋于至少該多個(gè)顯示像素之上的拜耳濾波器。

在一個(gè)方面的實(shí)施例中，提供了一種觸摸屏，包括：透光介質(zhì)；第一光源，被定位成沿第一方向發(fā)射跨越所述透光介質(zhì)的光；第二光源，被定位成沿垂直于所述第一方向的第二方向發(fā)射跨越所述透光介質(zhì)的光；檢測(cè)電路，用于檢測(cè)由所述第一光源及第二光源沿所述第一方向及第二方向發(fā)射的光的駐波圖形；以及控制電路，與所述檢測(cè)電路耦接，用于測(cè)量在未觸摸狀態(tài)下的第一駐波圖形以及在觸摸狀態(tài)下的第二駐波圖形，所述控制電路響應(yīng)于所述第一駐波圖形與所述第二駐波圖形之間的差異而檢測(cè)觸摸位置。

根據(jù)上述觸摸屏的一個(gè)單獨(dú)實(shí)施例，其中所述第一光源及第二光源提供基本上相干的光。

根據(jù)上述觸摸屏的一個(gè)單獨(dú)實(shí)施例，其中所述第一光源提供集中于第一波長(zhǎng)的基本上相干的光，并且所述第二光源提供集中于與所述第一波長(zhǎng)不同的第二波長(zhǎng)的基本上相干的光。

根據(jù)上述觸摸屏的一個(gè)單獨(dú)實(shí)施例，其中所述第一光源提供具有第一偏振的基本上相干的光，并且所述第二光源提供具有不同于所述第一偏振的第二偏振的基本上相干的光。

根據(jù)上述觸摸屏的一個(gè)單獨(dú)實(shí)施例，其中所述第一光源以第一脈沖時(shí)序提供基本上相干的光，并且所述第二光源在與所述第一脈沖時(shí)序不同的第二脈沖時(shí)序提供基本上相干的光。

根據(jù)上述觸摸屏的一個(gè)單獨(dú)實(shí)施例，其中：所述第一光源被定位為沿著所述透光介質(zhì)的第一側(cè)面，并且所述第二光源被定位為沿著所述透光介質(zhì)的第二側(cè)面。

根據(jù)上述觸摸屏的一個(gè)單獨(dú)實(shí)施例，其中所述第一光源包括在所述觸摸屏之下的顯示器的邊緣行以及與所述邊緣行及所述透光介質(zhì)相鄰用于沿所述第一方向引導(dǎo)光的多個(gè)相應(yīng)的棱鏡元件。

根據(jù)上述觸摸屏的一個(gè)單獨(dú)實(shí)施例，其中所述檢測(cè)電路包括：沿著與所述第一側(cè)面相對(duì)的第三側(cè)面的第一光檢測(cè)器；以及沿著與所述第二側(cè)面相對(duì)的第四側(cè)面的第二光檢測(cè)器。

根據(jù)上述觸摸屏的一個(gè)單獨(dú)實(shí)施例，其中：所述第一光檢測(cè)器包括沿著所述第三側(cè)面的第一多個(gè)像素；以及所述第二光檢測(cè)器包括沿著所述第四側(cè)面的第二多個(gè)像素。

根據(jù)上述觸摸屏的一個(gè)單獨(dú)實(shí)施例，其中：沿著所述第三側(cè)面的所述第一多個(gè)像素和沿著所述第四側(cè)面的所述第二多個(gè)像素均包括光電檢測(cè)器的陣列。

根據(jù)上述觸摸屏的一個(gè)單獨(dú)實(shí)施例，其中所述第一檢測(cè)器及第二檢測(cè)器分別包括在所述觸摸屏之下的顯示器的邊緣行和邊緣列。

根據(jù)上述觸摸屏的一個(gè)單獨(dú)實(shí)施例，其中所述第一檢測(cè)器及第二檢測(cè)器分別被布置為垂直沿著所述觸摸屏的所述第三側(cè)面及第四側(cè)面。

根據(jù)上述觸摸屏的一個(gè)單獨(dú)實(shí)施例，其中所述透光介質(zhì)包括：從所述第一側(cè)面向所述第三側(cè)面延伸的第一多個(gè)光纖，以及基本上垂直于所述第一多個(gè)光纖且從所述第二側(cè)面向所述第四側(cè)面延伸的第二多個(gè)光纖。

根據(jù)上述觸摸屏的一個(gè)單獨(dú)實(shí)施例，其中所述透光介質(zhì)還包括：位于所述第一多個(gè)光纖的相鄰光纖對(duì)之間的多個(gè)圓形腔。

根據(jù)上述觸摸屏的一個(gè)單獨(dú)實(shí)施例，其中所述控制電路包括：與所述第一光源及第二光源耦接的驅(qū)動(dòng)器；與所述第一光檢測(cè)器及第二光檢測(cè)器耦接的接收器；以及用于響應(yīng)于接收器的輸出而確定觸摸位置的控制器。

在另一個(gè)方面的實(shí)施例中，提供了一種裝置，包括：用于形成包括散布有多個(gè)圖像傳感器像素的多個(gè)顯示像素的混合的顯示和圖像傳感器的半導(dǎo)體主體；以及控制電路，用于以第一圖形來(lái)驅(qū)動(dòng)所述多個(gè)顯示像素并且測(cè)量所述多個(gè)圖像傳感器像素的第二圖形，所述控制電路分析所述第二圖形以檢測(cè)對(duì)象的位置并且響應(yīng)于所述第二圖形而選擇性地檢測(cè)觸摸位置。

根據(jù)上述裝置的一個(gè)單獨(dú)實(shí)施例，其中還包括覆蓋于所述混合的顯示和圖像傳感器的表面上的空間光調(diào)制器。

根據(jù)上述裝置的一個(gè)單獨(dú)實(shí)施例，其中所述空間光調(diào)制器包括衍射光柵，并且所述控制電路通過激活顯示像素并測(cè)量在多個(gè)相鄰的圖像傳感器像素中的反射光來(lái)測(cè)量所述對(duì)象的所述位置。

根據(jù)上述裝置的一個(gè)單獨(dú)實(shí)施例，其中所述空間光調(diào)制器包括液晶顯示器(LCD)調(diào)制器，并且所述控制電路通過激活所述多個(gè)顯示像素并使用多個(gè)相鄰的圖像傳感器像素測(cè)量所述對(duì)象的全息圖來(lái)測(cè)量所述對(duì)象的所述位置。

根據(jù)上述裝置的一個(gè)單獨(dú)實(shí)施例，其中所述多個(gè)顯示像素按棋盤格散布有所述多個(gè)圖像傳感器像素。

根據(jù)上述裝置的一個(gè)單獨(dú)實(shí)施例，還包括覆蓋于至少所述多個(gè)顯示像素之上的拜耳濾波器。

在再一個(gè)方面的實(shí)施例中，提供了一種方法，包括：沿第一方向和與所述第一方向垂直的第二方向發(fā)射通過透光介質(zhì)的光；測(cè)量在未觸摸狀態(tài)下的第一二維駐波圖形；測(cè)量在觸摸狀態(tài)下的第二二維駐波圖形；以及響應(yīng)于所述第一二維駐波圖形與所述第二二維駐波圖形之間的差異而確定觸摸位置。

根據(jù)上述方法的一個(gè)單獨(dú)實(shí)施例，其中發(fā)射通過透光介質(zhì)的光包括：使用沿著所述透光介質(zhì)的第一側(cè)面的第一光源發(fā)射光；以及使用沿著所述透光介質(zhì)的第二側(cè)面的第二光源發(fā)射光。

根據(jù)上述方法的一個(gè)單獨(dú)實(shí)施例，其中測(cè)量所述第一二維駐波圖形和所述第二二維駐波圖形均包括：使用第一光檢測(cè)器檢測(cè)由所述第一光源發(fā)射的光；以及使用第二光檢測(cè)器檢測(cè)由所述第二光源發(fā)射的光。

因而，在法律允許的最大范圍內(nèi)，本發(fā)明的范圍應(yīng)當(dāng)由隨附的權(quán)利要求書及其等效形式的最寬泛的允許解釋來(lái)確定，并且不應(yīng)當(dāng)由前面的詳細(xì)描述來(lái)限制或限定。