用于光触敏装置的增强光学波导制造方法及图纸

本申请涉及用于光触敏装置的增强光学波导。光触敏装置能确定多个同时的触摸事件的位置。光触敏装置包括使用光耦合器组件通过光触敏装置上的表面上的波导被耦合的多个发射器和检测器。每个发射器产生经由全内反射在波导中传播的并且由检测器接收的光束。触摸事件干扰了光束，并且基于该干扰而被确定。光触敏装置进一步包括介于波导和显示表面之间的中间层。中间层保持了波导中传播的光束并且对可见光透明。光触敏装置可以进一步包括至少一个框架区、至少一个死区、和/或至少一个规定图形区。

Enhanced optical waveguides for optical touch sensitive devices

The application relates to an enhanced optical waveguide for light touch sensitive devices. The light touch device can determine the location of multiple simultaneous touch events. The light touch device includes a plurality of transmitters and detectors coupled with the waveguide on the surface of the light sensitive device by using an optical coupler component. Each transmitter generates beams that are transmitted through the total internal reflection in the waveguide and are received by the detector. The touch event interferes with the beam and is determined based on the interference. The light touch device further includes an intermediate layer between the waveguide and the display surface. The middle layer maintains the beam propagating in the waveguide and is transparent to visible light. The light touch device can further include at least one frame area, at least one dead zone, and / or at least one prescribed graphics area.

【技术实现步骤摘要】
用于光触敏装置的增强光学波导本申请是于2013年7月23日提交的名称为“用于光触敏装置的增强光学波导”的中国专利申请201380049573.3的分案申请。相关申请的交叉引用本申请要求2012年7月24日提交的编号为61/674,958的美国专利申请，2012年9月14日提交的美国临时专利申请61/701,141，以及2013年7月22日提交的美国技术专利申请13/947,421的优先权，通过整体引用合并于此。
本专利技术总体涉及光触敏装置，具体涉及用于光触敏装置的增强光学波导。
技术介绍
用于与计算机装置交互的触敏显示器变得越来越普遍。存在若干不同的技术以便实施触敏显示器以及其他的触敏装置。这些技术的示例包括，例如，电阻式触摸屏，表面声波触摸屏，电容式触摸屏以及某些类型的光学触摸屏。然而，当前这些方式大多数存在缺点。例如，某些技术可以针对小尺寸的显示屏良好地作用，像是用在许多现代移动电话中，但却不会随着屏幕尺寸的变大像是用于笔记本电脑或甚至台式电脑的显示屏而有所变化。某些技术的另一个缺点在于它们对于处理多触摸事件是毫无能力的或是十分困难的。当多个触摸事件同时出现时，多触摸事件出现。另一个缺点在于技术可能无法满足增加的分辨率要求。某些光触敏装置的另一个缺点在于这种装置中的光学波导的光传播可以通过附连具有未知光性质的材料(例如，显示器)到光学波导而被改变。光通常经由全内反射(TIR)在这种光波导中传播。TIR通常要求光被捕获(trapped)在具有比它周边材料高的折射率的传输介质中(通常是空气，其具有大约1的折射率)。具有未知光学性质，或与TIR不匹配的光学性质且与光学波导接触的任何物体将有可能减少波导中光能的传播。这可以使对于触摸感应传输损失的检测变得更加困难并且使触摸感应的鲁棒性降低，其将十分不利地影响这种光触敏装置的触摸感应的性能。因此，存在增强使用在光触敏系统的光学波导的需求。
技术实现思路
光触敏装置能够确定多个同时触摸事件的位置。在一个实施例中，光触敏装置包括通过光触敏装置上的表面上的光导与光耦合组件耦合在一起的多个发射器和检测器。波导在显示器的表面的上方延伸，并且具有顶表面以及底表面，每个发射器产生在波导内经由全内反射传输的并且通过检测器接收的光束。波导的顶表面上的触摸事件干扰该光束，并且基于该干扰从而确定这些触摸事件。触敏装置进一步包括介于波导的底表面和显示器的表面之间的中间层，其中中间层保持(preserve)波导中的光束的传播并且对于可见光是透明的。在一个实施例中，光触敏装置进一步包括至少一个框架区，每个框架区包括深色墨层和覆盖层。深色墨层对可见光不透明。覆盖层介于波导的底表面和深色墨层之间，这保持了波导中光束的传播并且其对可见光透明。在一个实施例中，光触敏装置进一步包括至少一个死区。每个死区包括具有顶表面和底表面的覆盖层。覆盖层的底表面被物理地耦合至波导的顶表面。覆盖层保持了波导中传播的光束并且使死区对在覆盖层的顶表面上的触摸敏感。覆盖层的顶表面可以被物理地耦合至视觉标定死区的深色墨层。在一个实施例中，光触敏装置进一步包括至少一个固定的图形区用于显示固定的图形。每个固定的图形区包括被耦合在中间层之下的深色墨层。该深色墨层对可见光是不透明的，并且通过波导查看时，将形状给予固定图形。当在与固定的图形区相对应的触敏表面的区域中接收触摸事件时，光触敏装置被配置为执行与那些固定图形相关联的预定功能。附图说明图1是根据一个实施例的光触敏装置的视图。图2是根据一个实施例的用于确定触摸事件的位置的流程图。图3A-3B示出了与光束交互的触摸的受阻TIR机制。图3C示出了与增强传输的波束交互的触摸。图4A-4C是不同形状波束轨迹(footprint)的顶视图。图5A-5B是示出了由发射器和检测器覆盖的有源区的顶视图。图6是包括侧耦合的光耦合器组件的光触敏装置的侧视图。图7是包括边缘耦合的光耦合器组件的光触敏装置的侧视图。图8A-8B是包括侧耦合的光耦合器组件和显示模块的光触敏装置的顶视图。图9是包括侧耦合的光耦合器组件的光触敏装置的透视图。图10A是具有显示器和波导之间的空隙的光触敏装置的侧视图。图10B是具有增强波导的光触敏装置的侧视图。图10C是具有增强波导的其中光束通过中间层从而到达发射器/检测器的光触敏装置的测试图。图11A是具有使用红外线(IR)墨层的框架的光触敏装置的顶视图。图11B是具有使用IR墨层的框架的光触敏装置的侧视图。图12A-12C是示出了由IR墨层和深色墨层组成的框架的光触敏装置的侧视图。图13是示出了由IR黑色光耦合器和深色墨层组成的框架的光触敏装置的侧视图。图14是示出了死区的光触敏装置的侧视图。图15A是示出了固定图形区的光触敏装置的顶视图。图15B是示出了固定图形区的光触敏装置的侧视图。图16示出了制造具有使用IR墨层和深色墨层的框架的光触敏装置的一系列步骤。图17示出了制造具有使用IR黑色光耦合器和深色墨层的框架的光触敏装置的一系列步骤。具体实施方式A.装置概述图1是根据一个实施例的光触敏装置100的视图。光触敏装置100包括控制器110、发射器/检测器驱动电路120、以及触敏表面组件130。表面组件130包括在其之上触摸事件将被检测的有源区131。为了方便起见，有源区131有时可以被称为有源表面或表面，由于有源区自身可以完全是无源结构诸如光学波导。组件130还包括沿着有源区131的周边布置的发射器和检测器。在这个示例中，存在被标记为Ea-EJ的J个发射器以及别标记为D1-DK的K个检测器。装置还可以包括触摸事件处理器140，其可以被实施为控制器110的一部分或被分开显示在图1中。标准的API可以被用于与触摸事件处理器140通信，例如在触摸事件处理器140和控制器110之间，或在触摸事件处理器140和被连接至触摸事件处理器的其他装置之间。发射器/检测器驱动电路120用作控制器110和发射器Ej和检测器Dk之间的界面。发射器产生由检测器接收的光“束”。优选地，由一个发射器产生的光通过多于一个检测器来接收，并且每个检测器从超过一个发射器接收光。为了方便起见，“束”是指从一个发射器到一个检测器的光线，即使它可以是去往许多检测器的大量的光的一部分而非单独的束。从发射器Ej到检测器Dk的束将被称为束jk。图1如示例的明确地标记束a1，a2，a3，e1和ek。有源区131内的触摸将干扰某些束，由此改变了检测器Dk处所接收的束。关于这些改变的数据被传递至触摸事件处理器140，该处理器140会分析该数据从而确定表面131上的触摸事件的(多个)位置(和时间)。B.过程概述图2是根据一个实施例的用于确定触摸事件的位置的流程图。将使用图1中的装置来示出该过程。过程200被粗略地划分为2个阶段，其将被称为物理阶段210和处理阶段220。概念地，两个阶段间的划分线是一组透射系数Tjk。透射系数Tjk是与如果不存在与光波束交互的触摸事件时被传输的作比较的从发射器j到检测器k的光波束的透射率。这种具体检测的使用完全是示例。其他的检测可以被使用。具体来说，由于我们对中断的波束最感兴趣，因此逆检测诸如(1-Tjk)可以被使用，由于它通常是0。其他的示例包括吸收，衰减，反射或散射的检测。此外本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种与显示器一起使用的光触敏装置，所述触敏装置包括：平面光波导，所述平面光波导在所述显示器的表面上方延伸，所述波导具有顶表面和底表面；沿着所述显示器的周边布置的发射器和检测器；光耦合器组件，所述光耦合器组件沿着显示器的所述周边设置，所述光耦合器组件将所述发射器产生的光束耦合到所述波导中并且离开所述波导到所述检测器，其中所述波导的所述顶表面上的触摸干扰所述光束，所述触敏装置基于该干扰确定触摸事件；以及至少一个死区，所述死区包括覆盖层，所述覆盖层包含中间层的材料，所述覆盖层具有顶表面和底表面，所述覆盖层的所述底表面被直接耦合至所述波导的所述顶表面，所述覆盖层保持所述波导中的光束传播并且使所述死区对在所述覆盖层的所述顶表面上的触摸敏感，其中所述覆盖层包括反射层，所述反射层形成在所述中间层的所述材料下方并且被物理耦合至所述波导的所述顶表面。

【技术特征摘要】
2012.07.24 US 61/674,958;2012.09.14 US 61/701,141;1.一种与显示器一起使用的光触敏装置，所述触敏装置包括：平面光波导，所述平面光波导在所述显示器的表面上方延伸，所述波导具有顶表面和底表面；沿着所述显示器的周边布置的发射器和检测器；光耦合器组件，所述光耦合器组件沿着显示器的所述周边设置，所述光耦合器组件将所述发射器产生的光束耦合到所述波导中并且离开所述波导到所述检测器，其中所述波导的所述顶表面上的触摸干扰所述光束，所述触敏装置基于该干扰确定触摸事件；以及至少一个死区，所述死区包括覆盖层，所述覆盖层包含中间层的材料，所述覆盖层具有顶表面和底表面，所述覆盖层的所述底表面被直接耦合至所述波导的所述顶表面，所述覆盖层保持所述波导中的光束传播并且使所述死区对在所述覆盖层的所述顶表面上的触摸敏感，其中所述覆盖层包括反射层，所述反射层形成在所述中间层的所述材料下方并且被物理耦合至所述波导的所述顶表面。2.根据权利要求1所述的光触敏装置，其中所述覆盖层对可见光是透明的。3.根据权利要求1所述的光触敏装置，其中所述覆盖层具有至少大于所述波导中的瞬逝光场的穿透深度的厚度。4.根据权利要求1所述的光触敏装置，其中所述覆盖层是低折射率层，所述低折射率层具有比所述波导的折射率更小的折射率。5.根据权利要求4所述的光触敏装置，其中所述覆盖层的所述厚度在1微米至50微米的范围内。6.根据权利要求1所述的光触敏装置，其中所述覆盖层具有一个或多个间隙。7.根据权利要求1所述的光触敏装置，其中所述波导包括材料的单个平面。8.根据权利要求1所述的光触敏装置，其进一步包括用于显示固定图形的至少一个固定图形区，每个固定图形区包括：对可见光不透明的墨层，所述墨层包括所述固定图形，所述光触敏装置执行预定功能，所述预定功能对应于针对所述固定图形的所述波导的所述顶表面上的触摸；以及介于所述波导的所述底表面和所述墨层之间的附加覆盖层，所述固定图形区的所述附加覆盖层保持所述波导中的光束传播并且对可见光透明。9.根据权利要求1所述的光触敏装置，其中所述光耦合器组件将光线重新引导从发射器进入所述波导或从所述波导离开并进入检测器。10.根据权利要求1所述的光触敏装置，其进一步包括将所述光耦合器组件物理耦合至所述波导的粘合层，所述粘合层包括对在所述波导中传播的光束透明的光学透明粘合剂。11.根据权利要求1所述的光触敏装置，其进一步包含顶部框架，所述顶部框架的底表面直接耦合到所述波导的所述顶表面，所述顶部框架包括具有不同光学特征的多个层，所述多个层包括光学透明保护层、包括所述中间层的材料并且保持所述波导内的全内反射层的层以及对可见光不透明的深色层中的两层或更多个层。12.根据权利要求1所述的光触敏装置，其中所述光束具有范围从200nm到2000nm的红外波长。13.根据权利要求1所述的光触敏装置，其中所述覆盖层进一步包括：中间层，所述中间层介于所述波导的所述底表面和所述显示器的所述表面之间，所述中间层保持所述波导中的光束传播并且对可见光透明。14.根据权利要求13所述的光触敏装置，其中所述光耦合器组件和所述波导被光耦合，使得光从所述光耦合器组件传送到所述波导，而不与所述中间层交互。15.根据权利要求14所述的光触敏装置，其中所述中间层具有比所述波导的折射率更小的折射率，并且在所述波导中的光束传播经由在所述波导的所述底表面处的全内反射被保持。16.根据权利要求15所述的光触敏装置，其进一步包括将所述中间层物理耦合到所述显示器的粘合层，所述粘合层对可见光透明。17.根据权利要求15所述的光触敏装置，其中所述中间层具有至少大于所述波导中的瞬逝光场的穿透深度的厚度。18.根据权利要求15所述的光触敏装置，其中所述中间层包括氟聚合物材料。19.根据权利要求15所述的光触敏装置，其中所述光耦合器组件和所述波导被光耦合，使得当光从所述发射器耦合到波导中并且从所述波导耦合至所述检测器中时穿过所述中间层。20.根据权利要求15所述的光触敏装置，其中所述中间层作用为将所述波导物理耦合到所述显示器的粘合层。21.根据权利要求13所述的光触敏装置，其中所述中间层是在所述波导中传播的所述光束的反射镜，并且所述波导中的光束传播经由在所述波导的所述底表面处的镜面反射被保持。22.根据权利要求21所述的光触敏装置，其中所述中间层是全息胶片。23.根据权利要求21所述的光触敏装置，其中所述中间层是干涉滤光器。24.根据权利要求13所述的光触敏装置，其中所述光耦合器组件对所述波导中传播的所述光束是透明的并且对可见光是不透明的。25.根据权利要求24所述的光触敏装置，其中耦合到所述波导的所述光耦合器组件的耦合表面延伸到所述波导的所述底表面的边缘。26....

【专利技术属性】
技术研发人员：O·德拉姆，J·皮奥特，R·科珀瓦伊特，
申请(专利权)人：拉普特知识产权公司，
类型：发明
国别省市：直布罗陀,GI