專利名稱：基于受抑全內反射的觸摸屏的制作方法
技術領域：
本發明總體上涉及顯示屏，并且特別涉及用于檢測在這樣的顯示屏上的接觸的系
統和方法。
背景技術：
觸摸系統在本領域中公知，并且通常包括具有觸摸表面的觸摸屏，在觸摸表面上 使用指示器進行接觸。與觸摸表面接觸的指示器被檢測，并且被用于生成相應的輸出指示 器位置數據，該相應的輸出指示器位置數據表示指示器進行接觸的觸摸表面的區域。基本 上存在兩種可用的一般類型的觸摸系統，并且它們大體上能夠被分類為"主動"觸摸系統和 "被動"觸摸系統。 主動觸摸系統允許用戶通過使用特殊指示器接觸觸摸表面而生成指示器位置數 據，該特殊指示器通常要求某種形式的板上電源，通常是電池。特殊指示器發射激活觸摸表 面的信號，諸如紅外光、可見光、超聲波頻率、電磁頻率等。 被動觸摸系統允許用戶通過用被動指示器接觸觸摸表面來生成指示器位置數據， 并且不要求使用特殊指示器來激活觸摸表面。被動指示器可以是手指、某種材料的圓柱體 或可以被用于接觸在觸摸表面上的感興趣的某個預定區域的任何其他適當物體。由于特殊 激活指示器在被動觸摸系統中不是必要的，所以用戶不必關注電池功率電平和/或指示器 損壞、失竊或指示器誤放。通過多種技術，可以實現與觸摸屏或其他顯示表面的一個或多個 接觸點的檢測。 Van Delden等人的美國專利申請No. 20060279558公開了一種具有觸摸屏301的 顯示設備。該觸摸屏包括第一光導302、第二光導307以及在光導之間用于消除干擾和反射 的介質309。光源308被布置成將光310發射至第一光導302中，其中，光通過全內反射的 方式通常被限制在第一光導之內。第二光導307被布置在第一光導302的外表面。當顯示 設備的用戶與觸摸屏301建立物理接觸時，光從第一光導被抽取并且被定向至光檢測裝置 303。光檢測裝置303被布置用于將光檢測事件和觸摸屏301上的輸入位置相關，其中發生 用戶交互。 Saxena等人的美國專利申請No. 20060114244公開了一種觸摸輸入系統，該觸摸 輸入系統包括光發射器件、彎曲光導以及光檢測器，從而光發射器件發射光。彎曲光導接 收由光發射器件發射的光，并且引導該光在貫穿顯示屏的方向上行進，其中，光檢測器檢測 光。當物體中斷光的傳送時，由與傳送光的光發射器相對的激活的光檢測器檢測到該中斷。 通過物體17中斷從光發射器10之一向光檢測器11傳送的光，以及中斷從光發射器12之 一向光檢測器14傳送的光，說明了這一點。 McCreary等人的美國專利申請No. 20050104860公開了 一種觸摸框架 (touchframe)系統，該觸摸框架系統包括設置在顯示區域周圍的多個光發射元件和多個光 接收元件。光接收元件中的每個與多個光發射元件組合形成光束路徑區。接收器的數目和 定位足以形成多個部分重疊的區域對。這些區域對相對于顯示區域而布置，使得任何觸摸事件處于至少兩個區域對內。處理器監控每個區域對以發現至少一個光束路徑的阻塞。在 發現這樣的阻塞時，處理器基于來自第一區域對的至少兩個交叉阻塞光束路徑和來自第二 區域對的至少兩個交叉阻塞光束路徑的斜率和端點來計算與該阻塞相關聯的觸摸事件的 位置。 Nakazawa等人的美國專利申請No. 20040032401公開了一種由玻璃制成的基板， 該基板既用作觸摸屏的基板又用作前光的基板。該基板既包括傳播超聲波以檢測觸摸的 位置的功能，又包括傳播從光源發射的光以將該光引導到反射型液晶顯示器的功能。在液 晶顯示器上的圖像通過外部光變成可見的情況下，通過基板傳送的外部光被液晶顯示器反 射，并且通過基板被傳送以從前面發射。在使用前光功能的情形下，已經從光源引入基板中 的光被液晶顯示器反射，并且通過基板被傳送，以從前面發射。 Jacobsen等人的美國專利No. 7， 002， 555公開了一種顯示設備，該顯示設備具有 觸摸傳感器，該觸摸傳感器由位于兩個透明板、透明蓋板和透明支撐板之間的電致色變單 元或液晶單元組成。放射源的光進入蓋板并且將它照亮，該放射源被布置在透明蓋板的至 少一個端面上。至少一個光檢測器被安裝在支撐板上。 Boyd等人的美國專利No. 6， 738， 051公開了一種用于與反射光閥一起使用的外光 (frontlit)觸摸面板，其中，該面板包括前光導，該前光導具有將光提供至光導的至少一 個光輸入面、觀測面、與該觀測面相對的光輸出面以及至少一個觸敏換能器的組件。該光 輸出面包含光抽取層，在光抽取層上，具有基本平的光退出面，并且包含埋入的反射小平面 (reflective facet)，所述反射小平面通過光退出面從光導抽取提供的光。觸摸面板可以 與光源、反射光閥和適當的控制電子產品一起使用，以形成緊密和有效照明的觸摸面板顯 示部件。 Kasday的美國專利No. 4， 710， 760公開了一種觸敏設備，該觸敏設備包括光彈性 屏，該光彈性屏具有光反射邊緣和設置在該屏的四個角的兩個處的唯一光發射/接收模 塊，該觸敏設備有利地確定了施加到該屏的力的位置。被模塊集中到光彈性屏中的環形或 線性偏振光反射離開屏的邊緣，并且被返回到由環形偏光鏡將它吸收的模塊。改變了穿過 屏幕被觸摸的點的光的偏振，從而允許這些射線或信號穿過每個模塊的吸收器。然后，從穿 過吸收器的信號的變化，確定通過觸摸加諸在屏幕上的力的位置以及量級和方向。
因此，本發明的至少一個目的是提供一種檢測在顯示屏上的接觸的新穎的系統和 方法。

發明內容
根據一個或多個實施例，可以實現這些和其他目的，從而提供了一種用于檢測在 顯示器上的接觸的系統。用于檢測接觸的系統包括與顯示器相關聯的平面介質，并且包括 至少一個邊緣小平面和相對表面。該系統也包括被操作地耦合至邊緣小平面的一個或多個 光源，用于將光信號傳送至平面介質中，使得所傳送的光信號在該至少一個邊緣小平面和 相對表面之間被全內反射。根據該系統，將光感測設備定位成基本面對邊緣小平面的至少 一部分，并且適于檢測至少一個物體接觸相對表面的第一表面。該光感測設備是操作的，以 檢測從第一表面的與物體接觸第一表面相對應的位置處發射的光信號的一部分。
根據另一實施例，提供了一種用于檢測在顯示器上的接觸的系統，其中，該系統包括與顯示器相關聯的平面介質，并且包括至少一個邊緣小平面和相對表面。該系統也包括
被操作地耦合至邊緣小平面的一個或多個光源，用于將光信號傳送至平面介質中，使得所
傳送的光信號在至少一個邊緣小平面和相對表面之間被全內反射。此外，根據該系統，提供
了至少兩個相機設備，其中，該相機設備被定位成基本面對邊緣小平面的至少一部分，并且
適于檢測至少一個物體接觸相對表面的第一表面。該相機設備是操作的，以捕獲從第一表
面的與物體接觸第一表面相對應的位置處發射的光信號的一部分的圖像。 根據又一實施例，提供了一種對接觸顯示器進行檢測的方法。該對接觸顯示器進
行檢測的方法包括將光信號傳送至與顯示器相關聯的平面介質中，其中，在該平面介質內，
所傳送的光信號被全內反射。光感測設備被定位成基本面對與平面介質相關聯的側位置，
并且使用至少一個物體來接觸在第一表面上的表面位置。使用光感測設備，基于該物體接
觸該表面位置，檢測從該表面位置發射的光信號的一部分。 此外，根據實施例，提供了一種對接觸顯示器進行檢測的方法，其中，所述方法包 括將光信號傳送至與顯示器相關聯的平面介質，其中，在該平面介質內，所傳送的光信號被 全內反射。該方法也包括定位第一相機設備，以基本面對與平面介質相關聯的第一側位置， 其中，該第一相機設備從平面介質的第一表面接收圖像。第二相機設備被定位成基本面對 與該平面介質相關聯的第二側位置，其中，第二相機設備從平面介質的第一表面接收圖像。 使用至少一個物體來接觸在第一表面上的表面位置，從而使用第一相機和第二相機，捕獲 了從基于該物體接觸該表面位置的表面位置發射的光信號的一部分的圖像。
而且，在另一實施例中，一種被動觸摸系統包括具有相對表面的觸摸屏，所述觸摸 屏適于接收在相對表面內被全內反射的光信號。在物體接觸與相對表面相關聯的表面位置 時，從表面位置發射光信號的一部分。至少兩個相機與觸摸表面相關聯，并且基本被定位在 觸摸表面的側位置。在表面位置處，由兩個相機捕獲了從該表面位置發射的光信號的所述 部分的圖像，用于確定與該物體接觸該表面位置相關聯的坐標位置。


現在將參考附圖，更全面地描述一個或多個實施例，在附圖中 圖1A是根據一個實施例的用于檢測在顯示器上的接觸的系統； 圖1B是圖示光感測設備相對于與圖1A的實施例相關聯的平面狀介質的表面的位 置的剖視圖； 圖2A-2C圖示了根據圖1A的實施例的對接觸平面狀介質進行檢測的概念； 圖3A-3B是在構成顯示器的平面狀介質上的接觸檢測的攝制圖示； 圖4圖示了與所描述的系統相關聯的平面狀介質的替代實施例； 圖5A-5C圖示了與所描述的系統相關聯的平面狀介質的其他替代實施例； 圖6是適于合并圖1A的系統的基于相機的觸摸系統的示意圖； 圖7是形成圖6的觸摸系統的一部分的觸摸屏的正視圖； 圖8是形成圖6的觸摸系統的一部分的相機系統的示意圖； 圖9是形成圖6的觸摸系統的一部分的主控制器的示意圖；以及 圖10是圖示圖1A的實施例的操作的流程圖。
具體實施例方式
在下文描述中，提供了一種系統和方法的實施例，該系統和方法用于檢測來自例 如用戶手指、圓柱形手持物體或任何其他可能裝置在諸如媒體呈現系統中使用的觸摸屏的 顯示屏上的接觸。 現在轉向圖1A，用于檢測在顯示器上的接觸的系統100包括平面狀介質102、光源 118以及諸如相機設備130和132的至少一個光感測設備。 平面狀介質102可以適于符合顯示屏(未示出)的形狀，或者替代地形成顯示屏 的外表面的主要部分。在任一方面中，將平面狀介質102用于從用戶直接(例如，經由手 指)或間接(例如，經由筆狀或任何其他物體)接收接觸。平面狀介質102包括相對表面， 諸如上表面104和下表面106。平面狀介質102也包括外圍邊緣小平面(edgefacet)，諸如 相對邊緣小平面108和109，以及相對邊緣小平面110和112。相對邊緣小平面108和109 以及邊緣小平面112的外表面覆蓋有光反射材料，諸如銅或銀帶。替代地，使用已知沉積、 粘附或粘結技術，可以將反射材料可以直接沉積在側相對小平面108U09和端小平面112 的外表面上。如圖所示，邊緣小平面108包括反射表面116，邊緣小平面109包括反射表面 114，并且邊緣小平面112包括反射表面118。 邊緣小平面110適于從光源118接收光信號，從而使用可表面安裝的光學器件 (例如，表面發射的發光二極管)可以將光源118直接或者經由中間光學機構(例如，光纖、 透鏡組、光濾波器、光漫射器等)耦合至邊緣小平面110。平面狀介質102由能夠展現光波 導屬性的材料構成，諸如具有火琢邊緣的丙烯酸材料。諸如玻璃的其他材料也可以被用于 形成平面形狀介質102。雖然光源118被耦合至邊緣小平面IIO，但是其他光源(未示出) 也可以適于經由一個或多個其他小平面將光信號傳送至平面狀介質102中。例如，可以將 附加光源(未示出)耦合至小平面108、109和/或112。其他光源(未示出)的添加減少了 由反射表面H4、116和118所展現的反射性要求。例如，當將光源耦合至每個小平面108、 109、110和112時，在小平面上合并反射表面不再是必須的，而可以是可選的。根據另一示 例，可以將每個光源耦合至小平面110和108。在這樣的實施例中，邊緣小平面112和109 可以包括反射表面，該反射表面反射從被分別耦合至小平面110和108的光源傳送的任何 光信號。 光源118可包括一個或多個空間分布的發光二極管，諸如LED器件120a和LED 器件120b。發光二極管120a-120b可以包括在0-90度范圍內的視界半角(viewing half angle)。使用的LED器件的數目可以取決于相對于被傳送至平面狀介質102中的入射光信 號的空間分布所需要的光功率。這些因素可能進而取決于平面狀介質102的幾何尺寸和形 成平面狀介質102的材料的衰減屬性。例如，在傳送的光信號上，玻璃相對于塑料可能展現 出較少的衰減。諸如一個或多個激光器件(例如，FP激光二極管、DFB激光二極管、VCSEL 器件等)的其他光源也可以被用于將光信號傳送至平面狀介質102中。
由光源118提供的光輸出信號可以包括寬范圍的波長，諸如紅外線、可見光以及 紫外線。例如，特定可見波長的使用可以生成關于合并為顯示屏的平面狀介質的各種視覺 效果。在一種情形中，例如，在會議期間可以設置多個呈現屏。然后，通過使用不同波長光 源(例如，紅LED、藍LED等)將不同可見光信號傳送至每個顯示屏中(g卩，經由平面介質)， 可以對不同呈現屏進行色彩編碼。在另一情形中，例如，可能期望無視覺效果。因此，可以將在紅外線范圍內操作的光源用于將信號傳送至平面狀介質102中。 根據一個方面，諸如相機設備130和132的光感測設備可包括基于CMOS的相機傳 感器，該基于CMOS的相機傳感器與每個像素的收集相反允許可用像素的子集的處理。這減 少了處理開銷，同時增加了幀速率(fps)性能。相機設備130U32中的每個被定位成基本 面對邊緣小平面之一，并且適于捕獲物體124(例如用戶手指)接觸在平面狀介質102的上 表面上的位置126的圖像。例如，相機132可以被定位成全部或部分面對邊緣小平面109， 同時捕獲來自上表面104的圖像。類似地，相機130可以被定位成全部或部分地面對相對 的邊緣小平面108，同時還捕獲來自上表面104的圖像。在替代示例中，相機132可以被定 位成全部或部分地面對相對的邊緣小平面108，同時捕獲來自上表面104的圖像。相機130 和132的視場重疊，并且覆蓋平面介質102的上表面104，以便促進在上表面104上施加的 接觸位置的檢測和位置確定。根據另一方面，光感測設備可以包括光電檢測器器件(未示 出)，諸如光電二極管。如利用相機設備130、132—樣，光電檢測器也可以被定位成基本面 對相對邊緣小平面之一，并且適于檢測物體124(例如，用戶的手指)接觸諸如在平面狀介 質102的上表面上的位置126的區域。 相機130和132相對于上表面104的位置以使得能夠從上表面104捕獲圖像的方 式被布置。如圖1B所示，諸如一個或多個相機設備或光電檢測器的光感測設備121可以根 據位置的量值被定位，同時仍然從上表面104捕獲圖像。例如，"位置A"設備121被定位 (即，相對于穿過相機鏡頭或光電檢測器光敏區域的中心的軸)成基本與平面介質102的上 表面104對準。"位置B"和"位置C"設備121被定位(即，相對于穿過相機鏡頭或光電檢 測器光敏區域的中心的軸)成相對于平面介質102的上表面104基本提高。然而，在這兩 種情況下，設備121從平面介質102的側面捕獲圖像。由于平面介質102可以例如形成諸 如等離子或LCD屏的顯示器的外表面，所以設備121的側視定位不干擾或妨礙在相應等離 子或LCD顯示器上生成圖像中由等離子或LCD技術使用的任何投影裝置。例如，如圖6和7 所示，相機設備270 (圖6)可以被安裝在顯示器框架262的角落268中的任何一個角落中。 替代地，例如，相機270可以沿著在角落268之間的框架的任何部分被定位。
現在轉向圖2A-2C，圖示了根據諸如系統100的實施例(圖1A)的實施例對接觸顯 示器進行檢測的概念，。如圖2A所示，用戶可以向在平面狀介質102的上表面104上的位置 126施加接觸。現在將在圖2B和2C的幫助下說明這樣的接觸的效果。圖2B和圖2C示出 了沿著圖2A的平面狀介質102的區域126的軸線A-A'的剖視圖。參考圖2B，從源118 (圖 1A)生成的光信號140在相對表面104和104以及外圍邊緣小平面108、 109、 112 (圖2A)之 間被全內反射。參考圖2C，當用戶124向上表面104施加接觸時，從上表面發射在相對表面 104、 106以及外圍邊緣小平面108、 109、 112 (圖2A)之間被全內反射的光信號140的一部分 146。基于用戶向上表面施加接觸，在接觸點P產生折射率改變，這導致被全反射的光信號 140在接觸點P受抑。因此，在接觸點和上表面104之間的邊界處的受抑全內反射(FTIR) 現象促進了由任何適當的光感測設備檢測從上表面104發射的內反射的光信號140的所述 部分146，所述任何適當的光感測設備諸如針對平面狀介質102(圖2A)的上表面104的相 機或光感測設備。 適當的光感測設備的使用可以取決于此處所描述的系統和方法的應用。例如，一 個或多個相機的使用提供了檢測與上表面104的一個或多個接觸點以及使用進一步圖像處理技術來定位與上表面104的接觸點的位置的能力。替代地，例如，光電檢測器器件可以 被用于檢測光146的發射部分的存在，因此，表示已經做出與上表面104的接觸。
現在參考圖3A和3B，圖示了與屏150的上表面接觸的點的相機設備所捕獲的圖像 的攝制圖示。在圖3A中，用戶的手指160用于接觸屏150的上表面，屏150合并了與系統 100 (圖1A)的實施例類似的實施例。如圖所示，由在接觸點T處的相機設備捕獲了顯示為 照明的區域152的發射的受抑光信號。類似地，如圖3B所示，該相機捕獲了用戶的手指向 上表面150施加多個接觸點，并且因此導致發射在接觸點T、 U和V分別被顯示為照明的區 域152、 154和156的多個受抑光信號。 現在轉向圖4，圖示了平面狀介質163的替代實施例。如圖1A所示，平面狀介質 102是矩形形狀，并且因此包括四個平面邊緣小平面。在圖4所示的替代實施例中，通過利 用橢圓或圓形平面介質來提供具有單一邊緣小平面165的平面狀介質163。邊緣小平面165 的表面可以被光反射材料部分或全部覆蓋，用于促進由光源167傳送至平面狀介質163中 的光信號的反射性。 如圖5A-5C所示，其他形狀平面介質也可以被用于系統100 (圖1A)中。參考圖
5A，平面狀介質170包括平面邊緣小平面174、 176、 178和彎曲狀邊緣小平面172。可以將一
個或多個光源耦合至任何一個或多個邊緣小平面172-178。而且，邊緣小平面172-178的
任何一個表面可以被光反射表面覆蓋。在圖5B中，平面狀介質180包括相對平面邊緣小平
面184、188和相對彎曲狀邊緣小平面182、186。 一個或多個光源也可以被耦合至任何一個
或多個邊緣小平面182-188。而且，邊緣小平面182-188的任何一個表面可以被光反射表
面覆蓋。現在轉向圖5C，平面狀介質190包括多側平面邊緣小平面192-202，其中，一個或
多個光源可以被耦合至任何一個或多個多側平面邊緣小平面192-202。多側平面邊緣小平
面172-178的任何一個表面可以被光反射表面覆蓋。如先前結合圖1A所描述的，與圖4和
5A-5C相關聯的邊緣小平面的外表面可以被光反射材料覆蓋，諸如銅或銀帶。替代地，可以
使用已知沉積、粘附或粘結技術將反射材料直接沉積在這些外表面上。 結合圖4和5A-5C描述的示例性實施例圖示了許多形狀可以被用作平面狀介質。
將特定形狀分配至平面狀介質可以取決于但不限于審美考慮、平面狀介質可能耦合的顯示
屏的形狀、平面狀介質的要求大小、反射性考慮、光源考慮以及其他因素。 現在將結合示例性媒體呈現系統來解釋用于對在諸如顯示屏的平面狀介質上的
接觸進行檢測的前述實施例。現在轉向圖6，提供了一種諸如基于相機觸摸系統250的示例
性媒體呈現系統，如在Morrison等人的美國專利No. 6， 803， 906中所公開的，并且該專利被
轉讓給本主題申請的受讓人，通過引用的方式將該專利的內容全文合并于此。 如圖6所示，被動觸摸系統250包括耦合至主控制器254的觸摸屏252，從而主控
制器254也被耦合至計算機256。計算機256執行一個或多個應用程序，并且生成經由投影
儀258投影到觸摸屏252上的畫面。觸摸屏252、主控制器254、計算機256和投影儀258
形成閉環，使得與觸摸屏252的用戶接觸可以被記錄為寫或畫，或者用于控制由計算機256
執行的應用程序的執行。 圖7更好地圖示了觸摸屏252。如圖6所示，觸摸屏252包括以框架262為邊的觸 摸表面260。觸摸表面260是被動的，并且是矩形平面片材料的形式，諸如上述的平面狀介 質102(圖1A)。參考圖7，每個相機子系統包括通過框架部件264安裝在觸摸屏252的不同角268附近的相機系統(未示出)。每個框架部件264可以包括帶角度的支撐板(未示 出)，將相機系統安裝在該帶角度的支撐板上。 參考圖8，每個相機系統263可以包括二維CMOS相機圖像傳感器和相關聯的鏡頭 組280、通過數據總線耦合至圖像傳感器和鏡頭組280的先進先出(FIFO)緩沖器282、以 及通過數據總線耦合至FIFO 282并且通過控制總線耦合至鏡頭組280的數字信號處理器 (DSP) 284。也包括引導EPROM 286和電源子系統288。 CMOS相機圖像傳感器可能包含的是被配置用于20x640像素子陣列的照片位 (photo-bit)PB300圖像傳感器，它可以被操作以超過每秒200幀的速率捕獲圖像幀。例 如，FIFO緩沖器282和DSP 284兩者可以分別由賽普拉斯公司(Cypress)在部件編號 CY7C4211V下和模擬器件公司(Analog Devices)在部件編號ADSP2185M下制造。
DSP 284經由控制總線向圖像傳感器和鏡頭組280提供控制信息。該控制信息允 許DSP 284控制圖像傳感器和鏡頭組280的參數，諸如曝光、增益、陣列配置、重置和初始 化。DSP 284也向圖像傳感器和鏡頭組280提供時鐘信號，以控制圖像傳感器和鏡頭組280 的幀速率。 如圖9所示，主控制器254包括DSP 290，引導EPR0M 292、串行線驅動器294和 電源子系統295。 DSP 290通過數據總線并經由串行端口 296與相機系統263中的每個的 DSP 284通信。DSP 290也經由數據總線、串行端口 298和串行線驅動器294與計算機256 通信。在該實施例中，DSP290也由模擬器件公司在部件編號ADSP2185M下制造。串行線驅 動器294由模擬器件公司在部件編號ADM222下制造。 主控制器254和每個相機系統263遵循使得能夠經由類似于通用串行總線(USB) 的公共串行線纜進行雙向通信的通信協議。傳送帶寬被劃分成三十二 (32)個16比特信道。 在這三十二個信道中，五(5)個信道被分配給在相機系統263中的每個DSP 284，并且被分 配至在主控制器254中的DSP 290。剩余的七(7)個信道沒有使用。主控制器254監視被 分配給相機系統DSP 284的二十(20)個信道，同時在每個相機系統263中的DSP 284監視 被分配給主控制器DSP 290的五(5)個信道。響應于中斷，作為后臺處理來執行在主控制 器254和相機系統263的每個之間的通信。 現在將結合系統100 (圖1A)描述被動觸摸系統250的一般操作，由此平面狀介質 102(圖1A)形成觸摸屏260。在該實施例中，將平面狀介質102疊加在現有觸摸屏260上是 可能的，并且因此使系統100適于與被動觸摸系統250 —起使用。替代地，平面狀介質102 可以形成觸摸屏260的整體部分，使得系統100是被動觸摸系統250的整體部分。
每個相機系統263以由DSP時鐘信號建立的幀速率來捕獲在其圖像傳感器和鏡頭 組280的視場內的觸摸表面260的圖像，并且處理這些圖像以確定指示器是否在所捕獲的 圖像中。如果指示器在所捕獲的圖像中，則進一步處理這些圖像，以確定該指示器接觸觸摸 表面260或在觸摸表面260上方懸停的特性。指示器與觸摸表面260的接觸被相機檢測為 一個或多個照明的區域，該一個或多個照明的區域由受抑光信號生成，這些受抑光信號在 指示器與觸摸表面260的接觸點發射。與接收到的一個或多個照明的區域相關聯的像素信 息被圖像傳感器和鏡頭組280捕獲，并且然后，被相機DSP 284處理。與指示器接觸觸摸表 面相對應的指示器特性被轉換成指示器信息分組(PIP)，并且該PIP被列隊用于傳送至主 控制器254。相機系統263的每個也可以接收并且對由主控制器254生成的診斷PIP做出響應。 主控制器254以設定的頻率(在該實施例中為每秒70次)向每個相機系統263 輪詢PIP，并且三角測量在PIP中的指示器特性(例如，指示器接觸)，以確定指示器位置數 據。主控制器254進而向個人計算機256傳送指示器位置數據和/或狀態信息。通過這種 方式，傳送至個人計算機256的指示器位置數據可以被記錄為寫(例如，注釋)、畫、執行響 應，或者可以被用于控制由計算機256執行的應用程序的執行。計算機256也更新被傳遞 至投影儀258的顯示輸出，使得投影到觸摸表面260上的信息反映指示器活動。
現在在圖10所示的流程圖300的幫助下描述系統100(圖1A)的操作。在步驟 302，將光信號傳送至平面狀介質102(圖1A)中，其中，平面狀介質可以形成媒體呈現系統 的顯示器部分，諸如被動觸摸系統250(圖6)。光信號在平面狀介質102內被全內反射。
在步驟304，諸如一個或多個光檢測器和/或一個或多個相機設備130、 132 (圖 1A)的光感測設備被定位成基本面對平面狀介質的側位置，并且適于從平面狀介質102的 上表面(圖1A)接收光信號。平面狀介質的側位置一般是圍繞諸如邊緣小平面108、109、 110和112(圖1A)的外圍的區或區域。例如，如果利用了諸如結合圖4和5所示的和描述 的那些平面介質的其他形狀的平面介質，則平面狀介質的側位置將一般是圍繞諸如邊緣小 平面中的任何一個的其邊緣外圍的區或區域。 在步驟306，一旦諸如用戶的手指或其他指示器設備的物體接觸了平面狀介質 102的上表面，則基于由接觸物體引起的折射率的改變，從接觸位置發射在平面介質102內 被全內反射的光信號的一部分。發射的光的量級可能取決于由物體施加在接觸位置上的表 面壓力和用于施加該接觸的材料。例如，物體在接觸位置處的壓力增加可能增加從接觸位 置發射的光信號的量級。而且，使用不同的材料來施加該接觸可能增加或減少發射的光信 號的量。 在步驟308，一旦基于所施加的接觸從上表面104發射了光信號的所述部分(步驟 306)，則被定位的光感測設備(步驟304)接收所發射的光信號。針對背景光反射、周圍光 變化或可能產生檢測到的光信號的錯誤指示的任何其他因素，為了提高光感測設備的檢測 性能，可以使用已知技術來調制和/或編碼將光信號傳送至平面介質102中的光源118(圖 1A)。通過調制和/或編碼所傳送的光信號，所接收到的發射的光信號也將被調制和/或編 碼。在接收到并處理時，調制的和/或編碼的發射的光信號促進將真實發射的光信號與虛 假的光信號或強度電平變化區別開，并且因此提高了系統100(圖1A)的信噪比。例如，可 以利用使用通/斷鍵控(OOK)的二進制序列對光源編碼。光信號也可以被強度調制、頻率 調制或相位調制。在另一示例中，可以使用偽隨機二進制序列(PRBS)生成器對光源編碼或 調制。 如果在步驟310確定光感測設備是諸如設備130和132 (圖1A)的相機設備，則由 諸如相機DSP 2S4(圖8)的處理器設備捕獲并處理與所檢測到的從平面介質102發射的光 信號相關聯的相機像素信息。與物體接觸在平面介質102上的位置相關聯的指示器信息分 組(PIP)被DSP 284生成并從DSP 284發送至DSP 290或者在主控制器254內的第二處理 器設備(步驟312)。在主控制器254處，三角測量技術可以與從相機設備130、132接收到 的PIP結合使用，以便生成與物體與上表面104的接觸的位置或點相關聯的坐標信息。
如果在步驟310確定光感測設備是一個或多個光電檢測器，則可以處理與所發射的光信號相關聯的所檢測到的信號，以便解碼所檢測到的信號(步驟316)。例如，如果用戶 連續接觸上表面104數次，則可以例如由主控制器254處理由光電檢測器對提高光強度所 產生的連續檢測(步驟316)。響應于該處理，可以發起諸如在計算機256(圖6)上開始應 用程序的一個或多個預定事件(步驟318)。因此，通過將接觸編碼，可以識別并執行各種事 件和處理。 響應于向上表面104施加一個或多個接觸，可以檢測并解碼從上表面104發射的 光信號的其它特性。例如，作為由物體124向上表面位置施加的壓力(圖1A)的函數的所 發射的光信號的強度的變化、向上表面104同時施加多個物體(例如，用戶的兩個、三個或 多個手指)、和/或向在上表面104上的一個或多個位置連續施加接觸(例如，兩次或多次 輕拍)可以被解碼，用于發起預定的響應。 雖然已經描述了本發明的優選實施例，但是本領域的技術人員將理解的是，在不 脫離權利要求所限定的本發明的精神和范圍的情況下，可以做出變更和修改。
權利要求
一種用于檢測顯示器上的接觸的系統，所述系統包括平面介質，所述平面介質與所述顯示器相關聯并且包括至少一個邊緣小平面和相對表面；至少一個光源，所述至少一個光源被操作地耦合至所述至少一個邊緣小平面，用于將光信號傳送至所述平面介質中，使得所傳送的光信號在所述至少一個邊緣小平面和相對表面之間被全內反射；以及光感測設備，所述光感測設備被定位成基本面對所述至少一個邊緣小平面的至少一部分，并且適于檢測至少一個物體接觸所述相對表面的第一表面，其中，所述光感測設備是操作的，使得檢測從所述第一表面對應于所述至少一個物體接觸所述第一表面的位置發射的所述光信號的一部分。
2. 根據權利要求1所述的系統，其中，所述至少一個邊緣小平面包括具有光反射表面 的單一環形邊緣小平面。
3. 根據權利要求1所述的系統，其中，所述至少一個邊緣小平面包括各自具有光反射 表面的至少一個彎曲邊緣小平面和至少一個直邊緣小平面。
4. 根據權利要求1所述的系統，其中，所述至少一個邊緣小平面包括各自包括光反射 表面的第一邊緣小平面、第二邊緣小平面、第三邊緣小平面和第四邊緣小平面。
5. 根據權利要求1所述的系統，其中，所述光感測設備包括下述構成的組中的至少一 個至少一個光電檢測器和至少兩個相機設備。
6. —種用于檢測顯示器上的接觸的系統，所述系統包括平面介質，所述平面介質與所述顯示器相關聯并且包括至少一個邊緣小平面和相對表面；至少一個光源，所述至少一個光源被操作地耦合至所述至少一個邊緣小平面，用于把 光信號傳送至所述平面介質中，使得所傳送的光信號在所述至少一個邊緣小平面和相對表 面之間被全內反射；以及至少兩個相機設備，所述至少兩個相機設備被定位成基本面對所述至少一個邊緣小平 面的至少一部分，并且適于檢測至少一個物體接觸所述相對表面的第一表面，其中，所述至 少兩個相機設備是操作的，使得捕獲從所述第一表面對應于所述至少一個物體接觸所述第 一表面的位置發射的所述光信號的一部分的圖像。
7. 根據權利要求6所述的系統，進一步包括耦合至所述至少兩個相機設備的至少一個 處理器，其中，所述至少一個處理器適于處理對應于所述至少一個物體接觸所述第一表面的像素信息。
8. 根據權利要求7所述的系統，進一步包括耦合至所述至少一個處理器的主控制器， 其中，所述主控制器適于生成對應于所述至少一個物體接觸所述第一表面的位置坐標信 息。
9. 根據權利要求8所述的系統，進一步包括至少一個應用程序，所述應用程序操作以 接收所述位置坐標信息，用于顯示與所述至少一個物體接觸所述表面相關聯的注釋。
10. 根據權利要求8所述的系統，進一步包括至少一個應用程序，所述至少一個應用程 序操作地接收所述位置坐標信息，用于執行基于所述至少一個物體接觸所述表面的響應。
11. 根據權利要求6所述的系統，其中，所述至少一個邊緣小平面包括具有光反射表面的單一環形邊緣小平面。
12. 根據權利要求6所述的系統，其中，所述至少一個邊緣小平面包括各自具有光反射 表面的至少一個彎曲邊緣小平面和至少一個直邊緣小平面。
13. 根據權利要求6所述的系統，其中，所述至少一個邊緣小平面包括各自包括光反射 表面的第一邊緣小平面、第二邊緣小平面、第三邊緣小平面和第四邊緣小平面。
14. 根據權利要求13所述的系統，其中，所述光反射表面包括銅反射帶和銀反射帶中 的至少一個。
15. 根據權利要求6所述的系統，其中，所述平面介質包括耦合至所述顯示器的丙烯酸 片，所述丙烯酸片具有與所述顯示器基本相同的形狀。
16. 根據權利要求15所述的系統，其中，所述丙烯酸片包括火琢丙烯酸邊緣。
17. 根據權利要求6所述的系統，其中，所述至少一個光源包括發光二極管(LED)。
18. 根據權利要求17所述的系統，其中，所述發光二極管(LED)包括大約0-90度的視 界半角。
19. 根據權利要求6所述的系統，其中，所述至少一個光源包括激光器件。
20. 根據權利要求6所述的系統，其中，所傳送的光信號包括紅外信號。
21. 根據權利要求6所述的系統，其中，所傳送的光信號包括可見光。
22. 根據權利要求6所述的系統，其中，所述至少兩個相機設備包括互補金屬氧化物半 導體(CMOS)相機。
23. 根據權利要求6所述的系統，其中，從所述第一表面的位置發射的所述光信號的所 述部分包括受抑全內反射(FTIR)光信號，所述受抑全內反射(FTIR)光信號是基于所述至 少一個物體接觸所述位置在所述位置生成。
24. 根據權利要求6所述的系統，進一步包括與所述顯示器相關聯的屏，其中，所述屏 耦合至所述相對表面的第二表面。
25. 根據權利要求6所述的系統，其中，所述平面介質包括所述顯示器的整體組件。
26. 根據權利要求6所述的系統，其中，所述至少一個物體包括關聯于用戶與所述平面 介質的所述第一表面交互的手指。
27. 根據權利要求6所述的系統，其中，所述至少一個物體包括圓柱形筆狀物體，所述 圓柱形筆狀物體適于由與所述平面介質的所述第一表面交互的用戶來使用。
28. 根據權利要求6所述的系統，其中，所傳送的光信號包括調制信號。
29. 根據權利要求6所述的系統，其中，所傳送的光信號包括編碼信號。
30. 根據權利要求29所述的系統，其中，所述編碼信號包括二進制序列。
31. 根據權利要求28所述的系統，其中，所述調制信號包括偽隨機二進制序列(PRBS) 調制信號。
32. 根據權利要求28所述的系統，其中，所述調制信號包括強度調制信號。
33. —種對接觸顯示器進行檢測的方法，包括將光信號傳送至關聯于所述顯示器的平面介質，其中，在所述平面介質內，所傳送的光 信號被全內反射；將光感測設備定位成基本面對關聯于所述平面介質的側位置； 使用至少一個物體接觸所述第一表面上的表面位置；以及基于所述物體接觸所述表面位置，使用所述光感測設備檢測從所述表面位置發射的所 述光信號的一部分。
34. —種對接觸顯示器進行檢測的方法，包括將光信號傳送至關聯于所述顯示器的平面介質，其中，在所述平面介質內，所傳送的光 信號被全內反射；將第一相機設備定位成基本面對關聯于所述平面介質的第一側位置，其中，所述第一 相機設備從所述平面介質的第一表面接收圖像；將第二相機設備定位成基本面對關聯于所述平面介質的第二側位置，其中，所述第二 相機設備從所述平面介質的所述第一表面接收圖像；使用至少一個物體接觸所述第一表面上的表面位置；以及基于所述物體接觸所述表面位置，使用所述第一相機和第二相機來捕獲從所述表面位 置發射的所述光信號的一部分的圖像。
35. 根據權利要求34所述的方法，進一步包括基于所捕獲的圖像，確定關聯于所述表 面位置處的所述至少一個物體的坐標位置。
36. 根據權利要求34所述的方法，其中，從所述表面位置發射的所述光信號的所述部 分的所捕獲的圖像包括被照明的區域。
37. 根據權利要求34所述的方法，其中，所述平面介質的第二表面被耦合至所述顯示器。
38. 根據權利要求34所述的方法，其中，從所述表面位置發射的所述光信號的所述部 分是基于在所接觸的表面位置處的所述光信號的受抑全內反射(FTIR)。
39. 根據權利要求34所述的方法，其中，從所述表面位置發射的所述光信號的所述部 分響應關聯于所述表面位置的折射率的變化。
40. 根據權利要求34所述的方法，其中，所述第一相機包括第一視場，并且所述第二相 機包括第二視場，所述第一視場和第二視場具有重疊區域。
41. 根據權利要求40所述的方法，其中，使用所述至少一個物體接觸所述第一表面上 的所述表面位置包括改變關聯于所接觸的表面位置處的所述第一表面的折射率值。
42. —種被動觸摸系統，包括觸摸屏，所述觸摸屏具有相對表面并且適于接收光信號，所述光信號在所述相對表面 內被全內反射，其中，當物體接觸關聯于所述相對表面的表面位置時，從所述表面位置發射 所述光信號的一部分；以及至少兩個相機，所述至少兩個相機與所述觸摸表面相關聯，并且被基本定位在所述觸 摸表面的側位置處，其中，在所述表面位置處，由所述至少兩個相機來捕獲從所述表面位置 發射的所述光信號的所述部分的圖像，用于確定關聯于所述物體接觸所述表面位置的坐標 位置。
43. 根據權利要求42所述的系統，進一步包括被操作地耦合至所述至少兩個相機的至 少一個第一處理器，所述至少一個第一處理器適于接收所捕獲的圖像并且生成與所捕獲的 圖像相關聯的像素數據。
44. 根據權利要求43所述的系統，進一步包括被操作地耦合至所述至少一個第一處理 器的第二處理器，其中，所述第二處理器接收所生成的像素數據并且生成在所述表面位置處的所述物體的位置坐標信息。
45.根據權利要求42所述的系統，其中，所述至少兩個相機包括互補金屬氧化物半導 體(CMOS)相機。
全文摘要
提供了一種用于檢測在顯示器上的接觸的系統。該系統包括與顯示器相關聯的平面介質，并且包括至少一個邊緣小平面和相對表面。該系統也包括一個或多個光源，該一個或多個光源被操作地耦合到至少一個邊緣小平面，用于將光信號傳送至平面介質中，使得所傳送的光信號在該至少一個邊緣小平面和相對表面之間被全內反射。光感測設備被定位成基本面對邊緣小平面的至少一部分，并且適于檢測接觸相對表面的第一表面的至少一個物體。光感測設備是操作的以檢測從與物體接觸所述第一表面相對應的位置處的第一表面發射的光信號的一部分。
文檔編號G06F3/042GK101743527SQ200880023841
公開日2010年6月16日 申請日期2008年7月23日 優先權日2007年7月23日
發明者杰拉爾德·莫里森 申請人:智能技術Ulc公司