供触摸屏显示器使用的模制波导的设备和方法技术

针对廉价的、简单制造的、自对准的、由光学上透明的材料制成的模制波导的设备和方法，并且该模制波导可被用来生成供触摸屏显示器使用的光栅格或者光薄层。模制波导衬底包括多个透镜和多个波导凹槽，这些波导凹槽分别对应于多个积分透镜。在衬底被塑成之后，凹槽充满有光学上透明的材料，以光耦合并且分别对准多个透镜和多个凹槽。在一个应用中，模制波导衬底邻近触摸屏装置来安置。光发射器和成像装置光耦合到模制波导衬底，并且处理装置被耦合到成像装置。处理装置被配置来通过译解光中的中断的坐标而确定到触摸屏的数据录入，该光是当将数据录入到触摸屏装置时在邻近触摸屏装置的自由空间中被产生的。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
技术介绍
1.专利
本专利技术通常涉及针对触摸屏显示器的光生成和接收，并且更特别地涉及一种廉价的、简单制造的、自对准的、由光学上透明的材料制成的模制波导阵列，该模制波导阵列可被用来生成光栅格或者光薄层(lamina)并且接收光以供触摸屏显示器进行检测。2.相关领域说明用于数据处理系统的用户输入装置可以采用许多形式。两类主要形式是触摸屏和基于笔的屏幕。利用触摸屏或者基于笔的屏幕，用户可以通过用手指或者诸如指示笔或笔的输入装置来触摸显示屏而输入数据。提供触摸或者基于笔的输入系统的一种常规方法是在显示屏上覆盖电阻膜或者电容膜。这种方法具有许多问题。首先，薄膜导致显示器变暗并且使底层显示的观看模糊。为了进行补偿，经常增加显示屏的亮度。然而，在大多数便携装置的情况下，诸如在蜂窝式电话、个人数字助理和膝上型电脑的情况下，增加亮度要求额外的功率，从而减少装置电池的寿命。薄膜也容易被损坏。另外，薄膜的成本显著地随着屏幕的尺寸按比例增加。因此，对于大屏幕，成本通常过高。提供触摸或者基于笔的输入系统的另一方法是使用沿着输入显示器的两个相邻X-Y侧的源发光二极管(LED)的阵列和互逆的沿着输入显示器的相对的两个相邻X-Y侧的相对应的光电二极管的阵列。每个LED生成被指向互逆的光电二极管的光束。当用户用手指或者笔触摸显示器时，光束中的中断由显示器的相对侧上的相对应的X和Y光电二极管检测到。因此，当由X和Y光电二极管检测到中断时，通过计算中断的坐标来确定数据输入。然而，这类数据输入显示器也有很多问题。针对典型的数据输入显示器，要求多个LED和光电二极管。LED和互逆的光电二极管的位置也需要被对准。相对大量的LED和光电二极管以及需要精确对准使得这样的显示器复杂、昂贵并且难以制造。又一种方法涉及使用聚合物波导来既生成又接收从单个光源到单个阵列检测器的光束。这些系统倾向于是复杂的和昂贵的并且要求两种在发射与接收波导之间和在透镜与波导之间的对准。通常利用光刻过程来制造波导，该光刻过程是昂贵的或者难于获得。因此，需要廉价的、易于制造、自对准或者不需要对准的由光学上透明的材料制成的模制波导，并且该模制波导可被用来生成供触摸屏显示器使用的光栅格或者光薄层。
技术实现思路
本专利技术涉及一种针对廉价的、易于制造的、由光学上透明的材料制成的模制波导阵列的设备和方法，并且该模制波导阵列可被用来生成供触摸屏显示器使用的光栅格或者光薄层。模制波导衬底包括多个透镜和分别对应于多个积分透镜的多个波导凹槽。在塑成衬底之后，这些凹槽充满有光学上透明的材料，以光耦合并且分别对准多个透镜和多个凹槽。在一种应用中，邻近触摸屏装置安置模制波导衬底。光发射器和成像装置被光耦合到模制波导衬底，并且处理装置被耦合到成像装置。处理装置被配置来通过译解光中的中断的坐标而确定到触摸屏的数据录入，该光是当将数据录入到触摸屏装置时在邻近触摸屏装置的自由空间中被产生的。附图说明参照以下结合附图所做的说明更好地理解本专利技术及其进一步的优点，其中图1是触摸屏显示装置。图2是供根据本专利技术的触摸屏显示装置所使用的模制波导的俯视图。图3是根据本专利技术的模制波导上的透镜和波导的放大的正视图。图4是本专利技术的模制波导上的透镜和波导的横截面图。图5是根据本专利技术的另一实施例的模制波导的透视图。图6是根据本专利技术的又一实施例的模制波导的另一透视图。图7是图解说明制造根据本专利技术的模制波导的步骤的流程图。在附图中，相同的参考编号指的是相同的部件和元件。专利技术详述参考图1，示出触摸屏数据输入装置。在邻近触摸屏14的自由空间中，数据输入装置10限定光的连续的薄片或者“薄层”12。光薄层12分别由X输入光源16和Y输入光源18产生。设置光耦合到光薄层的光学位置检测装置20来通过确定当数据进入到输入装置时所引起的薄层中的中断的位置而检测到输入装置的数据录入。光学位置检测装置20包括X接收阵列22、Y接收阵列24和处理器26。在工作期间，用户通过使用输入装置(诸如手指、笔或者指示笔)触摸屏幕14来将数据录入到装置10。在触摸屏幕的动作期间，邻近屏幕的自由空间中的光薄层12被中断。光学位置检测装置20的X接收阵列22和Y接收阵列24检测到中断的X和Y坐标。根据这些坐标，处理器26确定到装置10的数据录入。针对关于数据录入装置10的更多信息，参见共同未决的序列号为No.10/817,564的美国申请，该美国申请的标题为“Apparatus and Method for a Data Input Device Using a lightLamina Screen and an Optical Position Digitizer(使用光薄层屏幕和光学位置数字转换器的数据输入装置的设备和方法)”并且于2004年4月1日提交，该美国申请通用地在此引入作为参考。图2是供根据本专利技术的数据录入装置10使用的模制波导衬底的俯视图。所示实施例中的波导衬底30包括X光输入侧32和Y光输入侧34以及X光接收侧36和Y光接收侧38。每侧32-38包括多个透镜40。每个透镜40光耦合到波导42。波导42是在波导衬底30中所形成的凹槽。这些凹槽充满有光学上透明的材料，该材料具有比波导衬底30更高的折射率。波导42的第一子集42a光耦合到光发射器44，该光发射器44诸如是垂直腔面发射激光器(VCSEL)。波导的第一子集42a负责分别沿着X光输入侧32和Y光输入侧34来将由发射器44所生成的光引导到相对应的透镜40。由高折射率材料制成的耦合角(couplinghorn)45被安置在光发射器44与波导42a的输入之间。耦合角负责控制光或将光从发射器44指向波导42b的光输入。沿着X光输入侧32和Y光输入侧34射出透镜40的光在波导衬底30的四侧32-38之间产生光的平面或者薄层12。波导42的第二子集42b光耦合到成像装置48，该成像装置48诸如是MOS成像芯片或者电荷耦合器件(CCD)。第二组波导42b负责沿着X光接收侧36和Y光接收侧38将由透镜40所接收的光引导到成像装置48。波导衬底30可以与上面所描述的数据录入装置10一起使用。在这个实施例中，邻近触摸屏14安置波导衬底30。光发射器44和成像装置48分别光耦合到衬底30的波导42a和42b。在工作期间，在邻近触摸屏的自由空间中，通过从衬底30的X光输入侧32和Y光输入侧34所发射的光产生光薄层12。更准确地说，来自发射器44的光通过波导42a分别沿着X光输入侧32和Y光输入侧34被引导到透镜40。在触摸屏幕的动作期间，邻近屏幕14的自由空间中的光薄层12被中断。沿着X光接收侧36和Y光接收侧38的透镜40将从薄层12进入其相应的波导42b中的光聚焦到成像装置48。中断的光路中的透镜40通常将很少接收薄层光或者不接收薄层光(也就是阴影)。成像装置48将来自波导42b的所接收到的光信号转变成相对应的电信号。对应于由于阴影或者薄层12中的中断而很少接收到光或者没有接收到光的波导42b的电信号的幅度不同于对应于接收到非成块的薄层光的波导42b的电信号。根据幅度差，被耦合到成像装置48的处理器26(未示出)确定到装置10的数据录入的X和Y坐标。在各种实施例中，透镜40是三维的并且能具有导致产生如上所述的薄层本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种方法，其包括：塑成波导衬底，所述波导衬底具有：多个光学元件；以及分别对应于多个积分光学元件的多个波导凹槽；利用光学上透明的材料填充所述凹槽；以及分别光耦合所述多个光学元件和充满所述光学上透明的材料的所述多个凹槽。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2004-6-4 10/861,2511.一种方法，其包括塑成波导衬底，所述波导衬底具有多个光学元件；以及分别对应于多个积分光学元件的多个波导凹槽；利用光学上透明的材料填充所述凹槽；以及分别光耦合所述多个光学元件和充满所述光学上透明的材料的所述多个凹槽。2.根据权利要求1所述的方法，其中，塑成多个光学元件还包括塑成多个三维透镜。3.根据权利要求1所述的方法，其中，塑成多个光学元件还包括将所述光学元件塑成具有直径从50微米变化到2000微米的尺寸。4.根据权利要求1所述的方法，其中，塑成多个波导凹槽还包括形成近似5至50微米深的凹槽。5.根据权利要求1所述的方法，其中，塑成多个波导凹槽还包括形成近似5至50微米宽的凹槽。6.根据权利要求1所述的方法，其中，塑成波导衬底还包括利用折射率从n＝1.0变化到n＝2.0的材料来塑成所述衬底。7.根据权利要求1所述的方法，还包括由具有第一折射率的材料塑成所述波导衬底，并且利用具有第二折射率的光学上透明的材料来填充所述凹槽，其中，所述第二折射率大于所述第一折射率。8.根据权利要求1所述的方法，还包括塑成多个光学元件，以便当将光提供给所述波导凹槽的输入时产生光薄层。9.根据权利要求1所述的方法，还包括塑成多个光学元件，以便当将光提供给所述波导凹槽的输入时产生光栅格。10.根据权利要求1所述的方法，还包括塑成所述波导衬底，所述波导衬底具有多个波导凹槽的第一子集，所述多个波导凹槽的第一子集在沿着第一轴的第一方向上延伸。11.根据权利要求10所述的方法，还包括塑成所述波导衬底，所述波导衬底具有多个波导凹槽的第二子集，所述多个波导凹槽的第二子集在沿着第二轴的第二方向上延伸。12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述第一轴和所述第二轴相互垂直。13.根据权利要求1所述的方法，还包括塑成所述波导衬底，以致所述多个波导凹槽在衬底的第一表面上和衬底的第二表面上延伸，其中，所述第一表面和所述第二表面或者相互垂直或者相互平行。14.根据权利要求1所述的方法，其中，所述多个波导凹槽的第一子集被配置来光耦合到光发射器。15.根据权利要求1所述的方法，其中，所述多个凹槽的第二子集被配置来光耦合到成像装置。16.根据权利要求1所述的方法，其中，填充所述凹槽还包括利用毛细作用来将所述凹槽充满所述光学上透明的材料。17.根据权利要求1所述的方法，其中，所述凹槽的填充还包括利用所述光学上透明的材料过充满所述凹槽并且接着去除任何多余的光学上透明的材料。18.根据权利要求1所述的方法，还包括在所述凹槽充满有所述光学上透明的材料之后固化所述波导衬底。19.根据权利要求1所述的方法，还包括在成型过程期间分别光学对准所述多个光学元件和所述多个波导凹槽。20.根据权利要求1所述的方法，其中，塑成所述波导衬底还包括将所述波导衬底塑成为以下形状中的一个一个直的衬底；方形；L形形状、矩形形状、三角形形状、圆形形状或者椭圆形形状。21.根据权利要求1所述的方法，还包括邻近触摸屏装置安置模制波导衬底，所述模制波导被配置来在邻近所述触摸屏装置的自由空间中产生光；将光发射器光耦合到所述模制波导衬底；以及将成像装置光耦合到所述模制波导衬底。22.根据权利要求21所述的方法，还包括将处理装置连接到成像装置，所述处理装置被配置来通过译解光中的中断的坐标而确定到所述触摸屏的数据录入，该光是当将数据录入到所述触摸屏装置时在邻近所述触摸屏装置的自由空间中被产生的。23.根据权利要求1所述的方法，其中，塑成波导衬底还包括利用以下成型技术之一来塑成所述波导衬底注入成型；压缩成型；压印；光学微成型。24.根据权利要求1所述的方法，其中，所述光学元件包括以下光学元件中的至少一个，但不限于以下...

【专利技术属性】
技术研发人员：DS格拉哈姆，
申请(专利权)人：国家半导体公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]