计算机系统的用户输入设备技术方案

这里公开了一种用于电子设备的用户输入设备。用户输入设备应用光格栅提供了定位信息。光格栅是从光源和波导产生的。还采用波导和光检测器来接收和处理光格栅。可选地，可以采用光学器件来增强用户输入设备的操作。该用户输入设备特别适合用作为计算机系统等的用户输入设备。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

技术介绍
1.专利
本专利技术涉及一种用户输入设备，特别涉及一种计算机系统的用户输入设备。2.现有技术的说明计算机系统的用户输入设备可以采取许多形式。所感兴趣的两种形式的用户输入设备是触摸屏和基于笔的屏幕。触摸屏通过用户以手指触摸显示屏来提供用户输入。基于笔的屏幕通过用户以记录笔或钢笔接触显示屏来提供用户输入。提供触摸屏或基于笔的屏幕的一个常规方法是在显示屏上覆盖一个阻性或容性薄膜。常规薄膜方法的一个问题是薄膜容易被破坏。常规薄膜方法的另一个问题是这个方法的成本对于标准尺寸或较大的显示屏来说太贵，因为它是随周长以平方测量的。常规薄膜方法的另一个问题是大量半透明的薄膜覆盖在显示屏上。于是薄膜使得显示屏看起来显得模糊。为了补偿，显示屏应该提供更大强度的光输出，但这样并不总是足够有效的。例如，在便携式计算机的情况下，通常没有另外的光强度，并且，如果有的话，将会导致额外的功率消耗，而使便携式计算机的电池过度紧张。提供触摸屏或基于笔的屏幕的另一种方法是使用成组红外发光二极管(LED)来提供光，使用对应的成组光电晶体管来检测光。常规基于光的方法的一个主要问题是它需要大量部件。并且这些部件对于在便携式计算机上使用还太大。常规基于光的方法的另一个问题是它不能提供基于笔的屏幕所需的高分辨率。另外，常规基于光的方法由于所需的大量部件而太贵。提供触摸屏或基于笔的屏幕的另一种方法是使用光缆、液晶显示屏(LCD)作为可控掩膜，并使用一种多路复用方案。这样一种方法在美国专利No.5,196,836中进行了描述。在这里，虽然只使用了一个光发射器，但从光缆输出的光的扩散严重到需要可控LCD掩膜来顺序地同时隔离只从一个光缆输出的光。从隔离的光缆接收的光也需要在接收端进行隔离。给定这个结构，系统必须采用多路复用方案扫描通过每个光缆，这使得该方法非常慢。此外，该方法不能产生基于笔的屏幕所需的高分辨率，并且制作起来还相当昂贵。因此，需要能够以适度的成本提供高分辨率的改进的用户输入设备。专利技术概述概括地说，本专利技术涉及采用光格栅提供位置信息的电子设备的用户输入设备。采用引导光的发射和接收的波导产生和处理光格栅。可选地，可以使用光学器件来增强用户输入设备的操作。该用户输入设备特别适合于作为计算机系统等的用户输入设备来使用。本专利技术可以以许多方式实施，包括作为装置、系统和方法。下面讨论本专利技术的几个实施例。依据本专利技术的一个实施例的装置包括光源；光耦合以接收来自光源的光的发射波导部分，发射波导部分由绝缘材料形成，包括多个光发射波导，光发射波导响应于从光源接收的光产生第一组光束，第一组光束从第一方向的光发射波导发出；接收波导部分，与第一方向的发射波导分开放置，接收波导部分由绝缘材料形成，包括多个光接收波导，光接收波导用于接收从光发射波导发出的第一组光束；以及光检测器，与接收波导部分光耦合，接收来自接收波导部分的光接收波导的光，光检测器测量来自接收波导部分的光接收波导的光的光强度。该实施例还包括在光学上位置接近发射波导部分的透镜，以将从光发射波导发出的第一组光束向接收波导部分的对应的光接收波导校准。作为电子设备的输入设备，本专利技术的另一个实施例包括至少一个光源；在多个光检测元件检测光强度的光检测器；以及，包括多个波导的金属版印刷限定的波导结构。光源将光耦合进波导结构的第一组波导，波导结构从耦合进波导的光产生光束格栅(grid of lightbeam)。光束格栅穿过一个输入区域，然后由波导结构的第二组波导引向光检测器。作为确定相对于输入设备的用户输入的方法，本专利技术的一个实施例包括如下操作提供一个光源；从光源产生多个平行光束；同时将平行光束引导通过输入设备的输入区域，输入区域相对于输入设备被定位；同时接收已经通过输入区域后的特定平行光束；确定所接收的每个平行光束的光强度；以及，根据所确定的光强度值确定相对于输入区域是否有用户输入。本专利技术的优点是很多的。本专利技术的一个优点是可获得高分辨率。本专利技术的另一个优点是输入设备的成本适中，并明显低于常规设计，因为成本是随周长以线性计算的，从而使得该输入设备在普通和大尺寸显示屏上特别有好处。本专利技术的又一个优点是显示屏强度不受妨碍。本专利技术的又一个优点是输入设备需要很少的相对较小、便宜且容易安装在二维表面上的部件。通过下面结合附图进行的、以例示方式显示出本专利技术的原理的详细说明，本专利技术的其他方面和优点将变得明显。附图简要说明通过下面结合附图进行的详细说明，本专利技术将变得容易理解，其中相似的标号代表相似的结构部件，其中附图说明图1是依据本专利技术的一个实施例的输入位置检测系统的方框图；图2是计算机系统的示意图；图3是依据本专利技术的一个实施例的输入设备的示意图；图4是依据本专利技术的一个实施例的输入设备的原理图；图5显示了依据本专利技术的一个实施例的波导安排的原理图；图6A和6B是图5中所示波导的横断面图；图6C是显示依据本专利技术的一个实施例的波导部分的结构构造的示意图；图6D是依据本专利技术的一个实施例用于制作图6C中所示波导的制作过程的流程图；图6E是显示输出波导的示意图；图6F是依据本专利技术的另一个实施例用于制作波导结构的制作过程的流程图；图7A是显示光耦合进波导的示意图；图7B是显示波导耦合到接收器的示意图；图7C是依据本专利技术的一个实施例用于实施接收器的ASIC布局的方框图8是依据本专利技术的一个实施例的初始化处理的流程图；图9是依据本专利技术的一个实施例的阈值调节处理的流程图；图10A是依据本专利技术的一个实施例的阴影检测处理的流程图；图10B和10C是显示依据本专利技术的一个实施例的阴影检测处理的例子的示意图；图11A和11B是显示将微透镜接近波导放置以减轻从波导发射出的光的扩散的原理图；以及图12A-12D是依据本专利技术的其他实施例的输入设备的原理图。专利技术详细说明本专利技术涉及采用光格栅提供位置信息的电子设备的用户输入设备。采用引导光的发射和接收的波导来产生和处理光格栅。可选地，可以使用光学器件来增强用户输入设备的操作。该用户输入设备特别适合于作为计算机系统等的用户输入设备来使用。下面参考图1-12D讨论本专利技术的实施例。然而，本领域普通技术人员将会容易地理解，这里关于这些附图所给出的详细说明是例示性目的，本专利技术还延伸到这些有限实施例之外。图1是依据本专利技术的一个实施例的输入位置检测系统100的方框图。输入位置检测系统100包括将光送往波导104的光源102。波导104将输入光重新引导成多个光束106，该多个光束106通过传输媒介108引向波导110。波导110将接收的光束107作为光束114送往光接收器112。然后光接收器112根据每个光束114的所接收光的强度级确定光接收器112接收的每个光束114是“开”还是“关”。光接收器112将被阻塞(例如，由用户输入)同时被引导通过传输媒介108的那些光束106识别为“关”光束。用户的手指(触摸输入)或记录笔(基于笔的输入)阻止一个或多个光束106到达波导110和光接收器112。被阻塞的特定的一个或多个光束106于是提供了用户输入相对于光束106的位置，光束106最好相对于传输媒介108(例如，显示屏)具有一预先确定的相对位置。因此，光接收器112确定为“关”的一个或多个光束114表明用户输入的位置。可选地，输入位置检本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种装置，包括： 光源； 光耦合以接收来自所述光源的光的发射波导部分，所述发射波导部分由绝缘材料形成，包括多个光发射波导，光发射波导响应于从所述光源接收的光产生第一组光束，所述第一组光束在第一方向从光发射波导发出； 接收波导部分，在第一方向与所述发射波导分开放置，所述接收波导部分由绝缘材料形成，包括多个光接收波导，光接收波导用于接收从所述光发射波导发出的所述第一组光束；以及 光检测器，与所述接收波导部分光耦合，接收来自所述接收波导部分的光接收波导的光，所述光检测器测量来自所述接收波导部分的光接收波导的光的光强度。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：DS格拉安，DA弗朗西斯，
申请(专利权)人：波亚桑纳公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]