使用干涉效應的基于波導的觸摸系統的制作方法
【專利說明】使用干涉效應的基于波導的觸摸系統 相關申請交叉引用
[0001] 根據35U.S.C. § 119,本申請要求受益于2012年5月24日提交的美國臨時申請序 列號61/651，136的優先權，其內容作為依據并且通過引用整體并入本文。
技術領域
[0001] 本公開涉及觸摸感應設備，特別地涉及使用干涉效應的觸摸系統。
【背景技術】
[0002] 具有非機械觸摸功能的顯示器和其他設備（例如，鍵盤）的市場正在快速增長。因 此，觸摸感測技術已被發展，以使顯示器和其他設備具有觸摸功能。觸摸感測功能在移動設 備應用得到更廣泛的使用，諸如智能電話，電子書閱讀器，膝上型計算機和平板計算機。
[0003] 觸屏形式的觸摸系統已被發展，其響應于多種類型的觸摸，諸如單點觸摸，多點觸 摸，重擊和觸摸。某些系統依靠光散射和/或光衰減。盡管有效，但仍然需要可替換的基于 光學的方法來進行觸摸感測，其可提供感測一個或多個觸摸事件所需的靈敏度并確定一個 或多個觸摸事件的位置。

【發明內容】

[0004] 公開了一種觸摸系統，其應用光干涉效應。該觸摸系統包括第一和第二波導，其具 有第一和第二光路，其定義光源和檢測器之間的光路差。第一和第二波導配置以使觸摸事 件將該波導至少一個以使該光路差改變的方式進行變形。該光路差的改變（"光路變化"） 通過合并傳送于該兩個波導的光來檢測，以形成干涉光。該干涉光被處理以確定觸摸事件 的產生。至少一個波導的變形的時間演變在該觸摸事件位置可還通過在該觸摸事件的持續 時間內測量該干涉光來確定。
[0005] 本公開的方面包括，形成光干涉儀陣列，其可通過感測該干涉儀的至少一個臂的 變形導致的光路變化來感測觸摸事件。該干涉儀基于波導，并且由波導組件定義，其包括定 義第一和第二干涉儀臂的第一和第二波導。
[0006] 該基于波導的干涉儀的網絡可用于在該觸屏系統的區域提供觸摸感測能力。光 纖，特別是雙芯光纖或類似光纖配置，可用于定義干涉儀臂。該干涉儀可配置為馬赫-策德 爾（Mach-Zehnder)干涉儀并且特別地為失衡的馬赫-策德爾干涉儀。該波導可具有漸變 折射率或階躍折射率分布，其支持單個引導模式或多個引導模式。在一個示例，僅該最低階 引導模式用于定義該給定波導的光路。該波導可由支撐基底支撐或可由空氣隙隔離。該支 撐基底可為透明或不透明，并且可具有一定的彈性或柔韌度，以實現一個或兩個波導的局 部彎曲。
[0007] 在示例中，當該波導組件提交至觸摸事件時，僅有一個波導變形。在其它示例，兩 個波導變形。
[0008] 在一個示例，檢測網格利用該波導形成，以使能該觸摸事件位置（X，y)的檢測。 對于觸摸感應系統，具有特定的工具，諸如鍵盤，其基于應用于觸屏中所選位置的壓力來操 作。該網格在一個示例可利用雙芯光纖的交叉陣列形成。該網格可構成光干涉儀的網絡， 其每個干涉儀生成干涉儀信號。該干涉儀信號可由控制器處理，以建立該位置以及施加在 觸摸事件位置的力的量（如力或壓力的相對量）。
[0009] 該公開的其余特征和優點在隨后的詳細描述中提出，并且其一部分將從該描述對 本領域技術人員完全顯而易見或通過實施本文描述的該公開來理解，包括隨后的詳細描 述，權利要求和所附的附圖。
[0010] 權利要求以及摘要整合于以下提出的詳細描述并且組成其一部分。
[0011] 本文引用的所有公報，文章，專利，公布的專利申請等通過引用整體并入本文，包 括美國專利申請公開號2011/0122091和美國臨時專利申請號61/564, 003,61/564, 024和 61/640, 605〇
【附圖說明】
[0012] 圖1為根據本公開的示例觸摸系統的正面視圖；
[0013] 圖2A和2B為包括多個光源組件的示例光源（圖2A)和包括多個檢測器組件的示 例檢測器（圖2B)的自頂向下視圖；
[0014] 圖3為用于圖1的觸摸系統的光導組件的示例性實施例的剖面圖；
[0015] 圖4A和4B為光導組件的兩個不同不例實施例的剖面圖，表不相關參數，其描述頂 部和底部波導的光路的相對變化，其中在圖4A當壓力被施加時僅頂部波導彎曲，并且其中 在圖4B當壓力被施加時頂部和底部波導同時彎曲；
[0016] 圖5A為示例光導組件的升高視圖，其中頂部和底部波導具有不同的彈性模量，以 使該組件的彎曲更局限在觸摸事件的觸摸位置；
[0017] 圖5B類似于圖5A，并說明了一個實施例，其中光導組件包括具有與頂部和底部波 導不同彈性模量的支撐結構；
[0018] 圖5C和說明了示例實施例，其中關聯于觸摸事件的頂部波導的曲率（圖5C) 或頂部和底部波導的曲率（圖5D)被相對局部化；
[0019] 圖6A為光導組件的示例的實施例的剖面圖，其中頂部和底部波導形成了漸變折 射率，例如，通過離子交換過程而實現；
[0020] 圖6B類似于圖6A并說明了一個示例實施例，其中頂部和底部波導在玻璃基底的 頂部和底部形成為分層結構；
[0021] 圖6C類似于圖6B并說明了一個示例實施例，其中支撐基底為不透明并且頂部和 底部波導包括鄰接于支撐基底的附加覆蓋層；
[0022] 圖7A至圖7C說明了示例光導組件，圖7A表示觸摸事件之前的組件，而圖7B和7C 表示產生在兩個不同觸摸位置的觸摸事件；
[0023] 圖8A至8C說明了光導組件的三個示例實施例；
[0024] 圖9A和9B為操作波長λ ( μηι)與（歸一化）檢測功率的示意圖，作為可由于觸 摸事件產生的頂部和底部波導的光路AOPD2變化的函數，其中對于圖9Α，Λ OPD2= 7. 5 μ m， 對于圖 9B，AOPD2= 15 μπι ;
[0025] 圖IOA為不例光導組件的自頂向下視圖，表不通過頂部和底部波導的不同光路傳 送的光；
[0026] 圖IOB為以鍵盤的形式的示例性壓力感測觸屏系統的自頂向下視圖，并說明了置 于選擇位置的表面粗糙度的區域，諸如鍵盤上單獨的鍵所在的位置；
[0027] 圖IlA為示例性的雙芯光纖的剖面圖；
[0028] 圖IlB為示例性的兩個光纖組件的剖面圖，其類似于圖IlA的雙芯光纖；
[0029] 圖12為示例的基于光纖的馬赫-策德爾干涉儀的示意性圖示，適用于形成基于光 纖的光導組件，其中光纖Fl和F2對應于頂部和底部波導；
[0030] 圖13A為示例光導組件的升高視圖，其包括雙芯光纖的頂部和底部陣列，其形成 使能（X，y)觸摸事件的檢測的檢測網格；
[0031] 圖13B為圖12的示例光導組件的近距離剖面圖；
[0032] 圖14A至14C類似于圖7A至7C，并說明了光纖彎曲如何在兩個光纖的纖芯之間產 生光路差，并且因此生成可在檢測器檢測的干涉光；
[0033] 圖15A為示例顯示系統的升高視圖，其通過可操作地將本文公開的觸摸系統設置 為鄰接于傳統顯示器單元并在其上方（例如，頂部）而形成；以及
[0034] 圖15B為示例顯示系統的更詳細的剖面圖，其通過將觸摸系統合并于傳統顯示器 而形成。
[0035] 笛卡爾坐標被顯示于特定附圖中，用于參考而非意圖限制方向或朝向。
【具體實施方式】
[0036] 本公開可通過引用如下詳細描述，附圖，示例和權利要求，以及先前和如下描述而 被更完全地理解。然而，在公開和描述的當前組成，物品，設備和方法之前，應當理解，該公 開不限于所公開的特定結構，物品，設備和方法，除非另行指定，因此顯然可以進行改變。還 應理解，本文使用的術語僅用于描述特定方面并且沒有意圖限定。
[0037] 本公開的如下描述被提供為其當前已知的實施例中的公開的可能的教導。為此， 相關領域技術人員將會理解和領會，可對本文描述的公開的多種方面進行多種變化，同時 仍獲得本公開的有益結果。并且顯而易見，本公開某些所需優點可通過選擇本公開的某些 特征而不利用其他特征來獲取。因此，本領域技術人員將會理解，本公開的多個修改和適應 是可能的，并且特定環境下可能是所需要的，并且作為本公開的一部分。因此，如下描述被 提供為說明本公開原理而非限制。
[0038] 所公開的內容為材料，復合物，結構和組件，其可用于，可結合使用，可準備使用， 或作為公開的方法和結構的實施例。上述和其他材料在本文公開，并且應當理解，當該材料 的組合，子集，交互，組等被公開并且每個復合物的多種單獨的和集體的組合和排列的特定 引用可不被顯式公開時，每一個在此被特別地考慮和描述。
[0039] 因此，如果一種類型的替代物A，B和C被公開并且一種類型的替代物D，E和F，以 及組合實施例的示例，A-D公開，則每一個被單獨地和集體地考慮。因此，在該示例中，每個 組合A-E，A-F，B-D，B-E，B-F，C-D，C-E和C-F被特別地考慮并且應當考慮公開于A，B和/ 或C ;D，E和/或F ;以及示例組合A-D的公開。類似地，其任何子集或組合還被特別地考慮 和公開。因此，例如，A-E，B-F和C-E的子組被特別地考慮并且應當考慮公開于A，B和/或 C ;D，E和/或F ;以及示例組合A-D的公開。該概念應用于本公開的所有方面，包括，但不 限于制造和利用公開的結構的方法中的結構和步驟的任何元素。因此，如果存在可被執行 的多種附加的步驟，應當理解，每個該附加的步驟可利用公開的方法的實施例的任何具體 實施例或組合執行，并且每一個組合被特別地考慮并且應當被考慮為公開。 觸摸系統
[0040] 圖1為根據該公開的示例觸摸系統10的示意性圖示（還稱為"觸屏系統"）。觸 摸系統10可用于多種消費電子產品，