具有交替的反射透镜晶面的光学元件制造技术

用于基于光的触摸表面的光学元件，所述光学元件包括：相接连的多个分段，其中，每个分段与相应的光发射器配对，每个分段包括波状的一系列成对的反射或折射晶面，其中，每一对晶面中的第一晶面被取向成准直由与该分段相关联的第一光发射器发出的光，并且每一对晶面中的第二晶面被取向成准直由与该分段相关联的第二光发射器发出的光，并且其中与该分段相关联的所述第一光发射器是与该分段配对的光发射器，而与该分段相关联的所述第二光发射器是与相邻分段配对的光发射器。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有交替的反射透镜晶面的光学元件
本专利技术的领域为基于光的触摸屏。
技术介绍
许多消费电子设备现在都构建有触敏屏，以供手指或触笔触摸进行用户输入。这 些设备从诸如移动电话和车载娱乐系统之类的小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登记站之类的大屏幕设备。 大多数传统的触摸屏系统都是基于电阻层或电容层的。这种系统并不足够通用而 提供包含一切的解决方案，因为它们不容易进行扩展。 参照图1，图1是传统的触摸屏系统的现有技术图示。这种系统包括IXD显示器表 面606、放置在LCD表面上的电阻覆层或电容覆层801、以及控制器集成电路（1C) 701，该控 制器集成电路701连接至该覆层并将来自该覆层的输入转换为有意义的信号。诸如计算机 之类的主设备（未示出）从控制器IC701接收信号，设备驱动器或其他这种程序解析这些 信号，以检测基于触摸的输入，诸如按键按压或滚动运动。 参照图2,图2是传统的电阻式触摸屏的现有技术图示。图2中所示的是通过薄 的空间分开的导电和电阻层802。PET膜803覆盖顶部电路层804,顶部电路层804覆盖导 电涂层806。类似地，具有间隔圆点808的导电涂层807覆盖底部电路层805,底部电路层 805覆罩玻璃层607。当诸如手指或触笔之类的指示器900接触该屏幕时，在电阻层之间产 生接触，从而将开关闭合。控制器701确定层之间的电流以推导出触摸点的位置。 电阻式触摸屏的优点在于它们的低成本、低功耗和支持触笔。 电阻式触摸屏的缺点是由于覆层而使得屏幕不是完全透明的。另一个缺点是触摸 检测需要压力，即检测不到没有以足够压力触摸屏幕的指示器。结果，电阻式触摸屏也检测 不到手指触摸。另一个缺点是电阻式触摸屏在直射阳光下通常难以辨认。另一个缺点是电 阻式触摸屏对于刮擦敏感。又一个缺点是电阻式触摸屏无法辨别同时触摸屏幕的两个或更 多个指示器（称为多点触摸）。 参照图3,图3是传统的表面电容式触摸屏的现有技术图示。图3中所示的是覆 盖被涂覆的玻璃基板810的触摸表面809。玻璃811的两侧涂覆有均匀的导电铟锡氧化物 (ΙΤ0)涂层812。另外，二氧化硅硬涂层813涂覆在其中一个ΙΤ0涂层812的前侧上。电极 814附装在玻璃的四个角部处，用于产生电流。诸如手指或触笔之类的指示器900触摸屏幕 并将少量电流吸引到接触点。控制器701然后基于流过四个电极的电流的比例来确定触摸 点的位置。 表面电容式触摸屏的优点是支持手指触摸并且表面耐用。 表面电容式触摸屏的缺点是由于覆层而使得屏幕不是完全透明的。另一个缺点是 操作温度范围有限。另一个缺点是由于触摸屏的电容特性而使得指示器运动的捕获速度有 限。另一个缺点是表面电容式触摸屏容易受到射频（RF)干扰和电磁（EM)干扰。另一个缺 点是触摸位置确定精度取决于电容。另一个缺点是表面电容式触摸屏无法戴手套使用。另 一个缺点是表面电容式触摸屏需要大屏幕边界。结果，表面电容式触摸屏无法供小型屏幕 设备使用。又一个缺点是表面电容式触摸屏无法辨别多点触摸。 参照图4,图4是传统的投射电容式触摸屏的现有技术图示。图4中所示的是蚀刻 ΙΤ0层815,该蚀刻ΙΤ0层815形成多个水平（X轴）和坚直（y轴）电极。蚀刻层815包括 外部硬涂覆层816和817、x轴电极图案818、y轴电极图案819和位于中间的ΙΤ0玻璃820。 AC信号702驱动一个轴上的电极，通过屏幕的响应借助于另一个轴上的电极回送。触摸屏 幕的指示器900的位置根据水平电极和坚直电极之间的信号水平变化703来确定。 投射电容式触摸屏的优点是手指多点触摸检测和耐用表面。 投射电容式触摸屏的缺点是由于覆层而使得屏幕不是完全透明的。另一个缺点是 它们的成本高。另一个缺点是操作温度范围有限。另一个缺点是由于触摸屏的电容特性而 使得捕获速度有限。另一个缺点是屏幕尺寸有限，通常小于5英寸。另一个缺点是表面电 容式触摸屏容易受到RF干扰和EM干扰。又一个缺点是触摸位置确定精度取决于电容。 因此，应当理解到的是，传统触摸屏对于小型移动设备和带有大型屏幕的设备的 常规使用是不理想的。因而，提供能够克服上述传统电阻式和电容式触摸屏的缺点的触摸 屏幕是有益的。
技术实现思路
本专利技术的多个方面提供了基于光的触摸屏，为此可以确定地推断出同时触摸屏幕 的两个或更多个指示器的位置。 本专利技术的另外一些方面提供了沿着显示屏的一个边缘的发射器，所述发射器通过 利用专门构造的透镜将光向沿着显示屏的另外三个边缘的接收器引导，所述透镜在它们的 表面内具有三个方向的微透镜。 因而，根据本专利技术的一个实施方式提供了一种用于基于光的触摸表面的光学兀 件，所述光学元件包括相接连的多个分段，其中，每个分段与相应的光发射器配对，每个分 段包括波状的一系列成对的反射或折射晶面，其中，每一对晶面中的第一晶面被取向成对 由与该分段相关联的第一光发射器发出的光进行准直，并且每一对晶面中的第二晶面被取 向成对由与该分段相关联的第二光发射器发出的光进行准直，并且其中与该分段相关联的 所述第一光发射器是与该分段配对的光发射器，而与该分段相关联的所述第二光发射器是 与相邻分段配对的光发射器。 另外，根据本专利技术的一个实施方式还提供了一种用于基于光的触摸表面的光学元 件，所述光学元件包括相接连的多个分段，其中，所述分段中的交替的分段分别与交替的光 发射器和光接收器配对，每个分段包括波状的一系列成对的反射或折射晶面，其中，每一对 晶面中的第一晶面被取向成对由与该分段相关联的光发射器发出的光进行准直，并且每一 对晶面中的第二晶面被取向成将经准直的光线引导到与该分段相关联的光接收器上，并且 其中与该分段相关联的光接收器是和与该分段相关联的光发射器相邻的光接收器中的一 个光接收器。 【附图说明】 从如下结合附图给出的详细描述将更完全地理解和认识本专利技术，在附图中： 图1是传统的触摸屏系统的现有技术图示； 图2是传统的电阻式触摸屏的现有技术图示； 图3是传统的表面电容式触摸屏的现有技术图示； 图4是传统的投射电容式触摸屏的现有技术图示； 图5是根据本专利技术的一个实施方式的触摸屏的一部分的图示，该触摸屏包括靠近 在一起定位的多个发射器，其中光由光纤光导引导到沿着第一屏幕边缘的位置； 图6是根据本专利技术的一个实施方式的具有16个发射器和16个接收器的触摸屏的 图； 图7至9是根据本专利技术的一个实施方式的图6的触摸屏的图，示出了同时触摸屏 幕的两个指示器的检测； 图10和11是根据本专利技术的一个实施方式的检测两个手指滑移运动的触摸屏的 图； 图12是根据本专利技术的一个实施方式的图6的触摸屏的电路图； 图13是根据本专利技术的一个实施方式的基于光的触摸屏系统的简化图； 图14是根据本专利技术的一个实施方式的图13的触摸屏系统的简化剖视图； 图15是根据本专利技术的一个实施方式的使得触摸屏系统能够读取比传感器元件小 的指示器的光学元件、发射器和接收器的布置的简化图示； 图16是根据本专利技术的一个实施方式的使得触摸屏系统能够检测到比传感器元件 小的指本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于基于光的触摸表面的光学元件，所述光学元件包括：相接连的多个分段，其中，每个分段与相应的光发射器配对，每个分段包括波状的一系列成对的反射或折射晶面，其中，每一对晶面中的第一晶面被取向成对从与该分段相关联的第一光发射器发出的光进行准直，并且每一对晶面中的第二晶面被取向成对从与该分段相关联的第二光发射器发出的光进行准直，并且其中与该分段相关联的所述第一光发射器是与该分段配对的光发射器，而与该分段相关联的所述第二光发射器是与相邻分段配对的光发射器。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.11.28 US 61/564,164;2011.11.28 US 61/564,124;1. 一种用于基于光的触摸表面的光学元件，所述光学元件包括：相接连的多个分段， 其中，每个分段与相应的光发射器配对，每个分段包括波状的一系列成对的反射或折射晶 面，其中，每一对晶面中的第一晶面被取向成对从与该分段相关联的第一光发射器发出的 光进行准直，并且每一对晶面中的第二晶面被取向成对从与该分段相关联的第二光发射器 发出的光进行准直，并且其中与该分段相关联的所述第一光发射器是与该分段配对的光发 射器，而与该分段相关联的所述第二光发射器是与相邻分段配对的光发射器。2. 根据权利要求1所述的光学兀件，其中，对于所述多个分段中的每一个分段，从与该 分段相关联的所述第一光发射器发出的光由该分段引导以产生准直光束的横跨触摸表面 的区域的第一局部空间光强度分布，并且从与该分段相关联的所述第二光发射器发出的光 被该分段引导以产生准直光束的横跨所述触摸表面的所述区域的第二局部空间光强度分 布，并且其中所述第一局部空间光强分布和所述第二局部空间光强分布是不同的分布。3. 根据权利要求2所述的光学兀件，其中，对于所述多个分段中的每一个分段，靠近与 该分段相关联的所述第一光发射器的该分段的一系列晶面对中的第一多个第一晶面具有 作为所述第一晶面与所述第一光发射器的距离的函数而降低的尺寸，并且距离所述第一光 发射器更远的第二多个第一晶面具有作为所述第一晶面与所述第一光发射器的距离的函 数而升高的尺寸，使得所述第一局部空间光强度分布作为空间位置的函数基本是线性的。4. 一种用于基于光的触摸表面组件的模块化部件，所述模块化部件包括： 权利要求1的所述光学元件的所述多个分段中的至少一个分段和在单个单元中与所 述至少一个分段配对的光发射器；和 两个相对的成型成型外边缘，用于通过与相似的相邻模块化部件的相对的成型成型外 边缘并排地定位所述模块化部件的相对的成型成型外边缘中的一个外边缘，促进所述模块 化部件和所述相似的相邻模块化部件之间的配合，所述相似的相邻模块化部件含有与包含 在所述模块化部件中的分段中的一个分段相邻的分段。5. -种光学触摸检测系统，所述系统包括： 外壳； 安装在所述外壳内的表面； 一组第一光学元件，所述第一光学元件为根据权利要求1所述的光学元件，所述一组 第一光学元件沿着所述表面的一个边缘定位； 与所述一组第一光学元件的分段配对的安装在所述外壳内的光发射器； 一组第二光学元件，所述一组第二光学元件沿着所述表面的与所述一个边缘相对的边 缘定位，包括相接连的多个相似分段，其中，每个分段与相应的光接收器配对，每个分段包 括波状的一系列成对的反射或折射晶面，其中，每一对晶面中的第一晶面将准直光线引导 至与该分段相关联的第一光接收器，并且每一对晶面中的第二晶面将准直光线引导至与该 分段相关联的第二光接收器，并且其中与该分段相关联的所述第一光接收器是与该分段配 对的光接收器，而与该分段相关联的所述第二光接收器是与相邻分段配对的光接收器。 与所述一组第二光学元件的分段配对的光接收器，所述光接收器安装在所述外壳中； 以及 计算单元，所述计算单元安装在所述外壳中，并且被连接至所述光接收器，用于根据从 所述光发射器发出的被指示器阻挡的、由所述光接收器的输出进行确定的光量，确定触摸 所述表面的指示器的位置。6. 根据权利要求5所述的光学触摸屏，其中，对于所述一组第一光学元件的所述多个 分段中的每一个分段，由该分段的一系列晶面对中的每一对晶面中的所述第一晶面引导的 所述准直光线至少部分地与由所述第二晶面引导的准直光线重叠，并且其中所述计算单元 根据接收由三个相邻的光发射器发出的光的至少三个光接收器的输出来确定触摸所述表 面的所述指示器的位置。7. 根据权利要求5所述的光学触摸屏，其中，所述一组第一光学元件的分段不是全都 具有相同的长度，并且所述一组第二光学元件的分段不是全部都具有相同的长度。8. 根据权利要求5所述的光学触摸屏，所述光学触摸屏进一步包括一组第三光学元 件，所述第三光学元件为根据权利要求1所述的光学元件，所述一组第三光学元件沿着所 述表面的与所述一个边缘相邻的边缘布置，其中，所述一组第一光学元件中的一个光学元 件的分段中的一个分段和所述一组第三光学元件中的一个光学元件的分段中的一个分段 与同一发射器配对。9. 一种用于基于光的触摸表面的光学元件，所述光学元件包括：相接连的多个分段， 其中，所述分段中的交替的分段分别与交替的光发射器和光接收器配对，每个分段包括波 状的一系列成对反射或折射晶面，其中，每一对晶面中的第一晶面被取向成对从与该分段 相关联的光发射器发出的光进行准直，并且每一对晶面中的第二晶面被取向成将准直光线 引导至与该分段相关联的光接收器，并且其中与该分段相关联的光接收器是邻近与该分段 相关联的光发射器的光接收器中的一个光接收器。10. 根据权利要求9所述的光学兀件，其中，对于所述多个分段中的每一个分段，从与 该分段相关联的光发射器发出的光由该分段引导以产生准直光束的横跨触摸表面的区域 的局部空间光强度分布，其中，靠近与该分段相关联的所述光发射器，该分段的一系列晶面 对中的第一多个第一晶面具有作为所述第一晶面与所述光发射器的距离的函数而降低的 尺寸，并且距离所述光发射器更远的第二多个第一晶面具有作为所述第一晶面与所述光发 射器的距离的函数而升高的尺寸，并且其中所述局部空间光强度分布作为空间位置的函数 基本是线性的。11. 一种用于基于光的触摸表面组件的模块化部件，所述模块化部件包括： 权利要求9的所述光学元件的所述多个分段中的至少一个分段和在单个单元中与所 述至少一个分段配对的光发射器和光接收器；和 两个相对的成型外边缘，用于通过与相似的相邻模块化部件的相对的成型外边缘并排 地定位所述模块化部件的相对的成型外边缘中的一个外边缘，促进所述模块化部件和所述 相似的相邻模块化部件之间的配合，所述相似的相邻模块化部件含有与包含在所述模块化 部件中的分段中的一个分段相邻的分段。12. -种光学触摸检测系统，所述光学触摸检测系统包括； 外壳； 安装在所述外壳内的表面； 根据权利要求9所述的光学元件的框架，该框架围绕所述表面； 交替的多个光发射器和光接收器，所述交替的多个光发射器和光接收器与所述框架的 所述光学元件中的分段配对，并且安装在所述外壳中； 计算单元，所述计算单元安装在所述外壳中，并且被连接至所述所述光接收器，用于根 据从所述光发射器发出的被指示器阻挡的、由所述光接收器的输出进行确定的光量，确定 所述表面上的物体的位置。13. 根据权利要求12所述的光学触摸检测系统，所述光学触摸检测系统进一步包括位 于光学元件的所述框架内部的透镜的框架，每个所述透镜包括由三个基本平坦的晶面的重 复图案形成的凹入空腔图案，用于在三个方向上折射由所述发射器发出的准直光线，并且 用于从三个方向将准直光束引导至所述接收器。14. 根据权利要求13所述的光学触摸检测系统，其中，所述计算单元确定同时处在所 述表面上的至少两个物体的位置。15. 根据权利要求13所述的光学触摸检测系统，其中，所述计算单元确定同时处在所 述表面上的至少三个非对齐物体的位置。16. 根据权利要求13所述的光学触摸检测系统，其中，所述计算单元确定同时处在所 述表面上的至少四个非对齐物体的位置。17. 根据权利要求13所述的光学触摸检测系统，其中，所述计算单元确定当用户手掌 阻挡从所述发射器发出的一些光到达正在由所述用户握持的触笔时所述触笔在所述表面 上的位置。18. -种用于在三个方向上折射光的透镜，所述透镜包括透镜表面，所述透镜表面具由 三个基本平坦的晶面的重复图案形成的有凹入空腔的重复图案。19. 一种用于触摸屏的光学装置，所述光学装置包括： 发射器或接收器； 准直光学元件，所述准直光学元件与所述发射器或接收器协作；和 权利要求18所述的透镜，所述透镜与所述准直光学元件协作。20. 根据权利要求19所述的光学装置，其中，所述准直光学元件包括反射器。21. 根据权利要求19所述的光学装置，其中，所述准直光学元件包括折射透镜。22. 根据权利要求19所述的光学装置，其中，所述准直光学元件包括针对两个焦点对 光线进行准直的一系列交替晶面23. 根据权利要求22所述的光学装置，其中，所述空腔的间距小于所述交替晶面的间 距的一半。24. 根据权利要求18所述的透镜，其中，所述空腔是三面的，并且其中每个空腔的左侧 平面和右侧平面以约122度的二面角位于所述空腔的中间平面的侧面。25. 根据权利要求24所述的透镜，所述透镜包括塑料表面，所述塑料表面具有约1. 6的 折射系数。26. 根据权利要求18所述的透镜，其中，所述空腔是两面的，并且其中每个空腔的左侧 平面和右侧平面形成约64度的二面角。27. -种光学触摸屏，所述光学触摸屏包括： 外壳； 显示器，所述显示器安装在所述外壳内； 多个根据权利要求18所述的透镜，所述透镜沿着所述显...

【专利技术属性】
技术研发人员：斯特凡·霍姆格伦，拉尔斯·斯帕尔夫，芒努斯·格尔茨，托马斯·埃里克松，约瑟夫·沙因，安德斯·杨松，尼克拉斯·奎斯特，约翰·卡尔松，
申请(专利权)人：内奥诺德公司，
类型：发明
国别省市：美国;US