專利名稱：用于檢測(cè)多個(gè)觸摸的觸摸屏的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明主要涉及觸摸屏，尤其涉及用于檢測(cè)多個(gè)觸摸的觸摸屏。
背景技術(shù)：
具有感測(cè)多個(gè)觸摸的需要或需求的應(yīng)用正在變得越來(lái)越普遍。例如，使用圖形接口(例如通過(guò)在顯示屏上顯示標(biāo)準(zhǔn)鍵盤(pán))輸入信息的應(yīng)用可以依賴于使用者來(lái)同時(shí)選擇兩個(gè)鍵，例如通過(guò)換檔鍵來(lái)進(jìn)行上述情形的字符選擇。另外，隨著顯示屏變得越來(lái)越小，同時(shí)選擇多個(gè)圖形可能是期望的，以在較小的觸摸屏表面區(qū)內(nèi)給用戶提供輸入可能。游戲和其它的多用戶應(yīng)用還增加了對(duì)來(lái)自同時(shí)與相同的觸摸屏作用的兩個(gè)或多個(gè)用戶的觸摸進(jìn)行探測(cè)的需要。一些觸摸技術(shù)(例如大多數(shù)電阻和電容觸摸屏)在其同時(shí)經(jīng)受多個(gè)觸摸時(shí)，可能產(chǎn)生一個(gè)錯(cuò)誤的觸摸坐標(biāo)。與之相比，表面聲波(SAW)觸摸屏和紅外(IR)觸摸屏分別著眼于SAW和IR陰影，并且為多個(gè)同時(shí)觸摸中的每個(gè)觸摸產(chǎn)生不同的陰影。因此，SAW和IR觸摸屏有希望用于多觸摸應(yīng)用中，然而，在現(xiàn)有的SAW和IR觸摸技術(shù)中還存在一些不確定性?；陉幱暗挠|摸屏可以接收針對(duì)兩個(gè)觸摸的兩個(gè)X坐標(biāo)和兩個(gè)Y坐標(biāo)，但可能不能自動(dòng)地知道兩個(gè)X坐標(biāo)中的哪一個(gè)應(yīng)當(dāng)與兩個(gè)Y坐標(biāo)中的哪一個(gè)配對(duì)。處理器可以基于此時(shí)顯示的圖形或通過(guò)使用其它因素(例如起離(lift-off)事件的時(shí)間)試圖確定應(yīng)當(dāng)配對(duì)哪些坐標(biāo)，但不幸的是這些方法不總是產(chǎn)生可靠的結(jié)果。一些現(xiàn)有的技術(shù)(例如一些使用略微不平行的IR束的IR觸摸屏設(shè)計(jì))可能能夠辨別相差大的彼此分離的多個(gè)觸摸，但是不能夠辨別彼此在較鄰近處出現(xiàn)的多個(gè)觸摸。轉(zhuǎn)向SAW觸摸屏，通過(guò)測(cè)量第三坐標(biāo)U解決了 X和Y坐標(biāo)的配對(duì)問(wèn)題。這樣的觸摸屏可以稱作為“XYU觸摸屏”。坐標(biāo)U可以稱作為旋轉(zhuǎn)或?qū)?diagonal)的坐標(biāo)，且與X和Y線性相關(guān)，如等式I所示，其中A、B和C是幾何常數(shù)。U = A*X+B*Y+C 等式 I如果X的測(cè)量值與Y的測(cè)量值正確地配對(duì)，那么基于X和Y的測(cè)量值的U的計(jì)算值，將對(duì)應(yīng)于U的測(cè)量值。與此相反，如果測(cè)量的X和Y值錯(cuò)誤地配對(duì)，那么U的計(jì)算值將不對(duì)應(yīng)于U的任何測(cè)量值。不幸的是，已知的XYU觸摸屏技術(shù)還具有其自身的限制。到目前為止，XYU觸摸屏技術(shù)沒(méi)有應(yīng)用至IR觸摸屏設(shè)計(jì)，是因?yàn)檎陌l(fā)光二極管(LED)發(fā)射錐角和窄的光電接收錐角與用于X/Y和U束的常見(jiàn)的光電部件不兼容。由于所使用的能夠檢測(cè)多個(gè)同時(shí)觸摸的額外的反射器陣列，用于XYU SAW觸摸屏的已知的設(shè)計(jì)可能需要較大的發(fā)送器和接收器以發(fā)送和接收聲信號(hào)。另外，額外的發(fā)送和接收U陣列需要通過(guò)U陣列反射器以明顯大于90度的角度散射，對(duì)于此，SAW散射可能是低效率的。這導(dǎo)致了弱的信號(hào)和聲學(xué)寄生效應(yīng)(acoustic parasites)。另外，SAW觸摸屏被密封以保護(hù)其免受可能與觸摸屏接觸的液體或其它產(chǎn)品的損害。該密封件可以吸收一些聲學(xué)能量，且不允許將密封件放置到陣列的頂部。因此該密封件可能增加觸摸屏的整體尺寸或最小化觸摸屏的可使用的觸摸面積，上述兩者都不是期望的。因此，需要改善用于檢測(cè)多個(gè)觸摸的XYU觸摸屏設(shè)計(jì)。本發(fā)明的特定實(shí)施例意圖是滿足這些需要，其它的目的將從下文所闡述的描述和附圖中變得清楚。

發(fā)明內(nèi)容
在一個(gè)實(shí)施例中，觸摸屏系統(tǒng)包括觸摸區(qū)域。至少一個(gè)發(fā)送器靠近觸摸區(qū)域的外邊緣設(shè)置，用于沿第一方向發(fā)送第一束。至少一個(gè)分束器靠近觸摸區(qū)域的外邊緣設(shè)置，用于將第一束分成至少第二和第三束，其分別沿至少第二和第三方向穿過(guò)觸摸區(qū)域傳播。該至少一個(gè)分束器包括多個(gè)偏轉(zhuǎn)元件。接收器靠近觸摸區(qū)域的外邊緣設(shè)置，用于接收至少第二和第三束。在另一實(shí)施例中，觸摸屏系統(tǒng)包括基板，該基板包括具有X和Y維度的觸摸區(qū)域。第一 X陣列和第一 Y陣列被在基板上靠近觸摸區(qū)域的外邊緣的位置上制造。發(fā)送換能器發(fā)送束，穿過(guò)第一 X和Y陣列，第一 X和Y陣列朝觸摸區(qū)域偏轉(zhuǎn)束。第一和第二分束器被在基板上制造，且分別位于第一 X和Y陣列與觸摸區(qū)域之間。第一和第二分束器中的每一個(gè)將束分成至少兩個(gè)束，其彼此沿不同的方向穿過(guò)觸摸區(qū)域傳播。接收換能器接收所述至少兩個(gè)束。在另一實(shí)施例中，一種用于檢測(cè)在觸摸屏系統(tǒng)上的多個(gè)觸摸的方法，所述包括步驟:靠近觸摸區(qū)域的外邊緣發(fā)送第一束。第一束被分割以形成至少第二和第三束，其彼此沿不同的方向穿過(guò)觸摸區(qū)域傳播。沿不同的方向傳播的所述至少第二和第三束被分割以形成接收束。所述接收束被接收，以及基于接收束檢測(cè)觸摸區(qū)域內(nèi)的至少一個(gè)外部所產(chǎn)生的觸摸的位置。


圖1顯示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的觸摸顯示器。圖2顯示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的具有與計(jì)算機(jī)互連的觸摸顯示器的觸摸顯示系統(tǒng)的方塊圖。圖3顯示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的IR觸摸屏。圖4顯示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的SAW觸摸屏。圖5顯示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的另一 SAW觸摸屏。圖6顯示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例形成的SAW XYUV觸摸屏。圖7顯示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的可以在透明的分束器基板上形成的IR衍射光柵。圖8顯示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的圖7中的衍射光柵和45度的散射情形。圖9顯示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的調(diào)節(jié)圖7中的衍射光柵的透明和不透明比的一個(gè)例子，以在未偏轉(zhuǎn)和已偏轉(zhuǎn)的束之間獲得不同的強(qiáng)度比。圖10顯示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的折射式分束器的兩維(2D)視圖。
圖11顯示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的折射式分束器的等比視圖。圖12顯示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的可以用于形成IR分束器的光學(xué)薄膜的一個(gè)例子的平面視圖。圖13顯示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的將圖12的光學(xué)薄膜定位成截獲IR束的一部分的側(cè)視圖。圖14顯示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的折射式分束器的2D視圖。圖15顯示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的折射式分束器的等比視圖。圖16顯示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的反射式分束器的2D視圖。圖17顯示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的圖16的反射式分束器的等比視圖。圖18顯示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的具有大量的小偏轉(zhuǎn)元件的反射式分束器的等比視圖。圖19顯示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的將入射的IR束分割成多于兩個(gè)束的折射式分束器。圖20顯示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的具有偏轉(zhuǎn)元件的傾斜的折射式分束器，該偏轉(zhuǎn)元件被形成以產(chǎn)生相對(duì)于入射的IR束是傾斜的而不是垂直的入射和出射表面。圖21顯示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的圖20中的傾斜的折射式分束器。圖22顯示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的具有高密度的折射小平面的傾斜的折射式分束器的2D視圖。圖23顯示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的具有高密度的折射小平面的傾斜的折射式分束器的等比視圖。圖24顯示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的將平行的入射光束分成零度和45度的束的傾斜的反射式分束器的2D視圖。圖25顯示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的具有高密度的小反射鏡平面的傾斜的反射式分束器。圖26顯示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例形成的非聚焦的凹透鏡。圖27顯示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的圖26中的非聚焦的凹透鏡。圖28顯示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的將雙束透鏡用于IR觸摸屏的一般設(shè)想。圖29顯示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例形成的聚焦的凹透鏡。圖30顯示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例形成的非聚焦的凸透鏡。圖31顯示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的將入射的IR束分成第一和第二束的圖30中的非聚焦的凸透鏡。
具體實(shí)施例方式當(dāng)結(jié)合附圖閱讀時(shí)，將會(huì)更好地理解前述的發(fā)明內(nèi)容以及本發(fā)明的特定實(shí)施例的下述的詳細(xì)描述。在一定程度上，附圖顯示出各個(gè)實(shí)施例的功能塊的圖，功能塊不一定需要顯示出硬件電路之間的劃分。因此，例如，功能塊(例如，處理器或存儲(chǔ)器)中的一個(gè)或多個(gè)可在單件硬件(例如，通用目的信號(hào)處理器或隨機(jī)存取存儲(chǔ)器、硬盤(pán)或相類似物)中實(shí)現(xiàn)。類似地，程序可以是孤立的程序，可以是作為子程序包括在操作系統(tǒng)中，可以在安裝軟件包中實(shí)現(xiàn)功能等。應(yīng)當(dāng)理解，各個(gè)實(shí)施例不限于附圖中顯示的手段和布置。
圖1顯示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例形成的觸摸顯示器100。應(yīng)當(dāng)理解，觸摸顯示器100可以是其它尺寸和形狀。觸摸顯示器100可以被安裝在桌子、壁或亭中，例如或者類似的結(jié)構(gòu)，可以用于形成手持式裝置(例如個(gè)人數(shù)字助理(PDA))。觸摸顯示器100包括觸摸屏102和顯示器外殼104。觸摸屏102安裝在顯示屏(未顯示)上方。顯示器外殼104可以延伸超過(guò)觸摸屏102和顯示屏的外邊緣。圖2顯示出具有與計(jì)算機(jī)112互連的觸摸顯示器114的觸摸顯示系統(tǒng)100的方塊圖。計(jì)算機(jī)112可以運(yùn)行一種或多種應(yīng)用，例如游戲和娛樂(lè)、家庭型家用計(jì)算系統(tǒng)、觀看和操控醫(yī)學(xué)圖像、零售店和飯店收銀機(jī)等。除了觸摸顯示器114之外，計(jì)算機(jī)112可以包括例如鍵盤(pán)和/或鼠標(biāo)的可替代的用戶輸入裝置116。雖然被分割地顯示出，但是觸摸顯示系統(tǒng)110的部件可以位于單個(gè)單元(例如PDA或其它便攜裝置)內(nèi)。觸摸顯示器114包括用于在顯示屏118上顯示數(shù)據(jù)的部件。顯示屏118可以是液晶顯示器(LCD)、陰極射線管(CRT)、等離子體、有機(jī)發(fā)光二極管(OLED)顯示器、照相圖像裝置等。觸摸屏120安裝在顯示屏118的上方。觸摸屏120接收來(lái)自用戶的輸入。例如，如果基于SAW技術(shù)，觸摸屏120具有由用戶經(jīng)由手指觸摸、觸筆等來(lái)觸摸的基板。如果基于IR技術(shù)，觸摸屏120可能不具有定位在觸摸顯示器114上方的分離的基板。然而，例如，它可能期望地提供用于保護(hù)顯示屏118的表面的基板。顯示器纜線122將觸摸顯示器114與顯示器控制器124連接。顯示器控制器124接收來(lái)自計(jì)算機(jī)112經(jīng)由視頻纜線126傳送的視頻信息。由顯示器控制器124來(lái)接收和處理視頻信息，之后該視頻信息經(jīng)由顯示器纜線122被轉(zhuǎn)移到觸摸顯示器114上，用于在顯示屏118上顯示。應(yīng)當(dāng)理解，觸摸顯示器114和顯示器控制器124可以被硬連線連接在一起或相互互連，使得不需要顯示器纜線122。顯示器控制器124包括例如中央處理單元(CPU) 128和存儲(chǔ)器130的部件。觸摸屏纜線132將觸摸屏120與觸摸屏控制器134互連。觸摸屏控制器134經(jīng)由觸摸數(shù)據(jù)纜線136將信息發(fā)送至計(jì)算機(jī)112和接收來(lái)自計(jì)算機(jī)的信息。觸摸信息被觸摸屏120接收，經(jīng)由觸摸屏纜線132轉(zhuǎn)移至觸摸屏控制器134，并且之后經(jīng)由觸摸數(shù)據(jù)纜線136發(fā)送至計(jì)算機(jī)112。觸摸屏控制器134包括例如CPU138和存儲(chǔ)器140的部件。顯示器外殼(未顯示)可以包圍觸摸顯示器114、顯示器和觸摸屏纜線122和132以及顯示器和觸摸屏控制器124和134。如圖1所述，顯示器外殼可以包圍觸摸屏120的外邊緣部分，其固定觸摸屏120和/或覆蓋將觸摸屏120固定至顯示屏118上的緊固件。視頻和觸摸數(shù)據(jù)纜線126和136可以是分離的纜線或包裝在一起。視頻和觸摸數(shù)據(jù)纜線126和136可以從顯示器外殼延伸至計(jì)算機(jī)112的位置?？蛇x擇地，顯示器外殼可以是用于可能或不可能將計(jì)算機(jī)112保持在其中的PDA或其它的小型手持式或便攜式裝置的蓋子。另夕卜，觸摸數(shù)據(jù)纜線136和視頻纜線126可以被無(wú)線技術(shù)取代。觸摸檢測(cè)模塊142檢測(cè)觸摸屏120上的一個(gè)或多個(gè)觸摸。每個(gè)觸摸產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的X坐標(biāo)、Y坐標(biāo)和U坐標(biāo)。當(dāng)同時(shí)檢測(cè)多個(gè)觸摸時(shí)，觸摸檢測(cè)模塊142檢測(cè)到多個(gè)X、Y和U坐標(biāo)，通過(guò)觸摸點(diǎn)識(shí)別模塊144將這些坐標(biāo)用于將適當(dāng)?shù)腦和Y坐標(biāo)對(duì)進(jìn)行配對(duì)。盡管觸摸檢測(cè)模塊142和觸摸點(diǎn)識(shí)別模塊144顯示為放置在計(jì)算機(jī)112中，但是這些模塊可以等同地放置在觸摸屏控制器134中或另外地放置在觸摸顯示系統(tǒng)100中。因此，應(yīng)當(dāng)理解，圖2中顯示的實(shí)施例僅是說(shuō)明性的，并不意味著是限制性的。
圖3顯示出具有觸摸區(qū)域156的IR觸摸屏150，該觸摸區(qū)域具有沿X(水平的)和Y(垂直的)側(cè)邊的外部邊緣。LED或其它發(fā)射器152和154靠近觸摸區(qū)域156的外邊緣157設(shè)置。發(fā)送器152和154發(fā)送IR波能量，其分別被接收器158和160接收。接收器158和168可以是光電晶體管。接收器158被靠近觸摸區(qū)域156的水平邊、與發(fā)送器152相對(duì)設(shè)置，接收器160被靠近觸摸區(qū)域156的垂直邊、與發(fā)送器154相對(duì)設(shè)置。接收器158和160與發(fā)送器152和154可以統(tǒng)稱為光電裝置(opto-devices)。為了簡(jiǎn)化起見(jiàn)，并不是所有的發(fā)送器152和154與接收器158和160都顯示有附圖標(biāo)號(hào)。另外，更多個(gè)發(fā)送器152和154與接收器158和160可以在觸摸屏150中使用，以形成比圖3所顯示的更多的IR束或IR束路徑。應(yīng)當(dāng)理解，在圖3中和之后的附圖中，IR束典型地由fif頭不意性地顯不，該箭頭對(duì)應(yīng)于已選擇的從IR發(fā)送器至IR接收器的射線。沒(méi)有在IR接收器處終止的光學(xué)路徑，不對(duì)觸摸檢測(cè)做出貢獻(xiàn)，因此未顯示出或未討論。觸摸區(qū)域156可以限定為發(fā)送器152和154與接收器158和160之間且在外邊緣157內(nèi)的區(qū)域，其中，用戶選擇是基于顯示在顯示屏118上的圖形(如圖2所示)。可替代地，觸摸區(qū)域156可以由在顯示屏118上方定位的分離的基板來(lái)限定。分束器162和164分別定位在發(fā)送器152和154與觸摸區(qū)域156之間。分束器166和168分別定位在接收器158和160與觸摸區(qū)域156之間。分束器162和164使用多個(gè)偏轉(zhuǎn)元件169，將入射束分成至少兩個(gè)不同的束分量，并且將在下文中對(duì)此進(jìn)行更加詳細(xì)地描述。例如，一個(gè)束分量可以繼續(xù)沿入射方向或原始的IR發(fā)射方向傳播而不被偏轉(zhuǎn)，而一不同的束分量被偏轉(zhuǎn)成對(duì)角的U方向?；蛘哒f(shuō)，由發(fā)送器152和154發(fā)射的IR束被分成未被偏轉(zhuǎn)(例如沿X (水平)或Y(垂直)方向傳播)的部分和以顯著的角度偏轉(zhuǎn)的部分，將偏轉(zhuǎn)的束發(fā)送到對(duì)角的路徑(例如U方向)上。分束器166和168通過(guò)接收未被偏轉(zhuǎn)的和對(duì)角的IR束部分，實(shí)現(xiàn)了相反的分光功能。對(duì)角的IR束由偏轉(zhuǎn)元件169在接收分束器166或168中轉(zhuǎn)向，以平行于未被偏轉(zhuǎn)的垂直或水平的IR束傳播。通過(guò)舉例的方式且不是限制性的，發(fā)送器152和154示意性地顯示為具有凸聚焦透鏡的LED封裝，以表示已發(fā)射的IR束的強(qiáng)前向聚焦。發(fā)送器152和154中的每一個(gè)分別對(duì)準(zhǔn)在觸摸區(qū)域156的另一側(cè)上的接收器158和160中的一個(gè)。在一個(gè)例子中，發(fā)送器152發(fā)送與分束器162界面接觸的IR束(未顯示)。分束器162將IR束分成未偏轉(zhuǎn)的束170和偏轉(zhuǎn)的束172。未偏轉(zhuǎn)的束170傳播穿過(guò)觸摸區(qū)域156，進(jìn)入到分束器166，且被與相關(guān)的發(fā)送器152相對(duì)設(shè)置的接收器158檢測(cè)到。偏轉(zhuǎn)的束172對(duì)角地傳播穿過(guò)觸摸區(qū)域156，和進(jìn)入分束器166和168中的一個(gè)中。如果進(jìn)入分束器166中，偏轉(zhuǎn)的束172被分束器166中的偏轉(zhuǎn)元件偏轉(zhuǎn)一個(gè)角度，使得偏轉(zhuǎn)的束此時(shí)平行于被接收器158接收的未偏轉(zhuǎn)的束170傳播。在另一例子中，偏轉(zhuǎn)的束174進(jìn)入且被分束器168的偏轉(zhuǎn)元件偏轉(zhuǎn)一個(gè)角度，使得此時(shí)偏轉(zhuǎn)的束平行于發(fā)送器154發(fā)射的未偏轉(zhuǎn)的束176傳播。分束器162-168可以使用衍射、折射和反射中的一種或多種分割I(lǐng)R束。如在下文進(jìn)一步地討論的，分束器的功能還可由安裝到發(fā)送器152和154與接收器158和160中的每一個(gè)上的透鏡來(lái)實(shí)現(xiàn)。使用分束器162-168以在IR觸摸屏150中提供U束，消除了提供用于產(chǎn)生和檢測(cè)U束的另外的發(fā)送器和接收器(未顯示)的需要、費(fèi)用和設(shè)計(jì)復(fù)雜性。然而，去除分束器162-168中的一個(gè)、兩個(gè)或三個(gè)是設(shè)計(jì)選擇。專用的U束光電元件可被添加到分束器從所述設(shè)計(jì)移除所在的側(cè)邊。
圖4顯示出類似于圖3的IR觸摸屏150的SAW觸摸屏450?；?52支持表面聲波或束的傳播，并且可以是玻璃、金屬、低聲學(xué)損耗的聚合物系統(tǒng)或其它材料。SAW可以用于表示瑞利(Rayleigh)波、準(zhǔn)瑞利波、Lamb或剪切波、或?qū)?52的表面上的觸摸敏感的其它類型的聲波中的任何一種或其組合。發(fā)送器454和456激勵(lì)基板452中的表面聲波，并且可以是楔換能器、光柵換能器、交叉指型換能器或任何其它類型的換能器。在此處，被激勵(lì)的表面聲波還可被稱作已發(fā)送的束或已發(fā)送的SAW束。分束器458、460、462和464沿U方向用偏轉(zhuǎn)元件465偏轉(zhuǎn)入射的SAW束的一部分，同時(shí)保持另一部分未被偏轉(zhuǎn)?？赏ㄟ^(guò)例如絲網(wǎng)印刷玻璃粉或復(fù)合聚合物材料墨或可替代地通過(guò)蝕刻槽，在基板452上制造分束器458、460、462和464。偏轉(zhuǎn)的和未偏轉(zhuǎn)的束穿過(guò)大致由外邊緣484來(lái)限定的觸摸區(qū)域482傳播。接收器466和468完成了 SAW聲路徑，并產(chǎn)生了由控制電子裝置處理的模擬信號(hào)。接收器466和468可以是上述的換能器類型中的任一種。在一個(gè)例子中，顯示出在觸摸區(qū)域482中同時(shí)出現(xiàn)的第一和第二觸摸470和472。應(yīng)當(dāng)指出，雖然產(chǎn)生了更多SAW路徑，但是在圖4中僅顯示出被第一和第二觸摸470和472削弱的這些SAW路徑。只有實(shí)際的第一和第二觸摸位置470和472分別對(duì)應(yīng)于如SAW路徑478和480所顯示的帶陰影的U路徑。在沒(méi)有U路徑數(shù)據(jù)的情況下，錯(cuò)誤的觸摸位置474和476對(duì)應(yīng)于與第一和第二觸摸470和472相同的在X和Y方向上的陰影，并且因此觸摸位置可能被錯(cuò)誤地識(shí)別。圖5顯示出需要比圖4中的SAW觸摸屏450更少的換能器的SAW觸摸屏180。SAff觸摸屏180具有位于基板182中央部分中的觸摸區(qū)域183。X和Y發(fā)送換能器184和186與Y和X接收換能器188和190被安裝到基板182上。第一和第二 X陣列192和194與第一和第二 Y陣列196和198被安裝和/或制造到基板182上，靠近觸摸區(qū)域183的外邊緣181。X陣列192和Y陣列196朝觸摸區(qū)域183偏轉(zhuǎn)已發(fā)送的束或波(例如以90度)。X陣列194和Y陣列198從觸摸區(qū)域183偏轉(zhuǎn)束(例如以90度)。可將X發(fā)送換能器184和第一 X陣列192—起作為第一發(fā)送器185，可將Y發(fā)送換能器186和第一 Y陣列196 —起作為第二發(fā)送器187?？梢詫接收換能器190和第二 X陣列194 一起作為第一接收器189，可以將Y接收換能器188和第二 Y陣列198 —起作為第二接收器191。第一、第二、第三和第四分束器200、202、204和206被制造(蝕刻或沉積)到基板182上，分別位于第一和第二 X陣列192和194、第一和第二 Y陣列196和198與觸摸屏180的觸摸區(qū)域183之間。第一、第二、第三和第四分束器200、202、204和206中的每一個(gè)具有多個(gè)偏轉(zhuǎn)元件199。例如，發(fā)送換能器184沿第一 X陣列192發(fā)送SAW束208。第一 X陣列192以90度角度偏轉(zhuǎn)SAW束208的部分，例如用偏轉(zhuǎn)的束210所顯示的。偏轉(zhuǎn)的束210進(jìn)入到第一分束器200中并被偏轉(zhuǎn)元件199分成至少兩個(gè)不同的束，例如未偏轉(zhuǎn)的束212和U偏轉(zhuǎn)的束214。(可替代地，第一 X陣列192可以將SAW束208偏轉(zhuǎn)143度，使得偏轉(zhuǎn)的束210平行于所示的U偏轉(zhuǎn)束214進(jìn)入第一分束器200中。在這個(gè)例子中，第一分束器200使作為U偏轉(zhuǎn)的束214的偏轉(zhuǎn)的束210的一部分不偏轉(zhuǎn)地通過(guò)以作為未偏轉(zhuǎn)的束，同時(shí)偏轉(zhuǎn)未偏轉(zhuǎn)的束212。)。應(yīng)當(dāng)理解，有大量的沿第一 X陣列192的長(zhǎng)度形成的偏轉(zhuǎn)的束210，其導(dǎo)致了大量的未偏轉(zhuǎn)的束212和U偏轉(zhuǎn)束214，以感測(cè)觸摸屏180的觸摸區(qū)域183內(nèi)的觸摸事件。未偏轉(zhuǎn)束212繼續(xù)沿與偏轉(zhuǎn)的束210相同的路徑和方向傳播，U偏轉(zhuǎn)束214被沿U或?qū)堑姆较虬l(fā)送，例如與未偏轉(zhuǎn)的束212成約53度的角度178。在這個(gè)例子中，約53度的偏轉(zhuǎn)角度對(duì)于3:4的高寬比的觸摸/顯示系統(tǒng)是基于觸摸屏的寬度除以高度的反正切。例如，第一分束器200的偏轉(zhuǎn)元件199可以是平行的反射器段，其相對(duì)于垂直方向旋轉(zhuǎn)26.5度和沿第一分束器200的軸線間隔開(kāi)，其中心至中心的間距為SAW波長(zhǎng)除以53度的正弦值。類似地，Y發(fā)送換能器186發(fā)送SAW束220，SAff束220的部分被第一 Y陣列196以90度偏轉(zhuǎn)，作為偏轉(zhuǎn)的束222。偏轉(zhuǎn)的束222進(jìn)入到第二分束器202中且被分成未偏轉(zhuǎn)的束224和偏轉(zhuǎn)的U束226。未偏轉(zhuǎn)的束224在偏轉(zhuǎn)的束222的初始路徑上繼續(xù)，同時(shí)偏轉(zhuǎn)的U束226以相對(duì)于未偏轉(zhuǎn)的束224或波以角度179 (例如約37度)偏轉(zhuǎn)。在這個(gè)例子中，約37度的偏轉(zhuǎn)角度179對(duì)于3: 4的高寬比的觸摸/顯示系統(tǒng)來(lái)說(shuō)是基于觸摸屏的高度除以寬度的反正切。通過(guò)舉例的方式，第二分束器202的偏轉(zhuǎn)元件199可以由10微米厚的絲網(wǎng)印刷玻璃粉末反射器線形成，其被相對(duì)于水平方向旋轉(zhuǎn)18.5度且間隔開(kāi)，其間隔為SAW波長(zhǎng)除以37度的正弦值。未偏轉(zhuǎn)的束212跨過(guò)觸摸區(qū)域183和穿過(guò)第三分束器204傳播。第二 X陣列194以90度偏轉(zhuǎn)未偏轉(zhuǎn)的束212，以形成返回的束216，該返回的束216被X接收換能器190接收。U偏轉(zhuǎn)束214被發(fā)送對(duì)角地穿過(guò)觸摸屏180的觸摸區(qū)域183并遇到第四分束器206。在這種情況中，第四分束器206分割入射束，但僅偏轉(zhuǎn)的部分被使用。第四分束器206接收多個(gè)束，所述多個(gè)束已經(jīng)被分割并且因此彼此以不同的角度進(jìn)入第四分束器206。如之前描述的，第四分束器216以約37度偏轉(zhuǎn)U偏轉(zhuǎn)的束214。偏轉(zhuǎn)的U束進(jìn)入到第二 Y陣列198中并且被朝Y接收換能器188偏轉(zhuǎn)90度，作為返回的束218。第一、第二、第三和第四分束器200、202、204和206可以由提供了期望的束分割功能的任何結(jié)構(gòu)形成。在一個(gè)實(shí)施例中，分束器200、202、204和206可以使用相同的材料和工藝與反射陣列192、194、196和198同時(shí)被制造?？商娲?，分束器200、202、204和206的偏轉(zhuǎn)元件199可以包括沉積的材料或蝕刻的玻璃的反射線段201。偏轉(zhuǎn)元件199的方向被選擇以使得相對(duì)于未偏轉(zhuǎn)和偏轉(zhuǎn)的束具有相同的角度，也就是，滿足基本的反射定律“入射角等于反射角”。偏轉(zhuǎn)元件199的間距，最理想地通過(guò)使用布拉格定律來(lái)進(jìn)行優(yōu)化選擇，以確保相干地疊加來(lái)自鄰近的偏轉(zhuǎn)元件199的偏轉(zhuǎn)束。在間距和方向被如此調(diào)節(jié)的情形下，反射和衍射作用被利用。如所描述的，之前的XYU陣列設(shè)計(jì)沿觸摸屏的每一發(fā)送側(cè)邊具有單獨(dú)的發(fā)送U陣列和接收U陣列，所述發(fā)送U陣列由發(fā)送換能器直接進(jìn)行照明，接收U陣列直接照明接收換能器。在之前的設(shè)計(jì)中，不允許將密封件放置在發(fā)送和接收U陣列的頂部上。與之相比，通過(guò)分束器200、202、204和206中每個(gè)的聲學(xué)路徑很短。例如，分束器200、202、204和206中每個(gè)可以認(rèn)為是具有底側(cè)和頂側(cè)。底側(cè)與基板182界面接觸，密封件207可以沿頂側(cè)放置。為了簡(jiǎn)單起見(jiàn)，密封件207示出在第三和第四分束器204和206的部分上。然而，應(yīng)當(dāng)理解，密封件207沿第一至第四分束器200、202、204和206的整個(gè)長(zhǎng)度延伸，以形成濕氣和灰塵阻擋件。例如，密封件207可以是1_寬和具有平行于相關(guān)的分束器的軸線延伸的長(zhǎng)度。因此，束僅經(jīng)受密封件207的聲阻尼的距離僅為1mm。圖6顯示出SAW觸摸屏490，其使用X、Y和U束以及在此處表示為“V”束的另一組對(duì)角束。因此，觸摸屏490還可以被稱作為XYUV觸摸屏。主要在圖6中示出被觸摸點(diǎn)576衰減的X、Y、U和V聲學(xué)路徑，盡管應(yīng)當(dāng)理解更多的X、Y、U和V聲學(xué)路徑被使用。
換能器用于發(fā)送和接收且可以被類似于圖5中的發(fā)送和接收換能器進(jìn)行定位。然而，在圖6的觸摸屏490中，換能器中的兩個(gè)完成了發(fā)送和接收功能。SAW觸摸屏490具有基板500，發(fā)送換能器494、接收換能器498和發(fā)送/接收換能器492和496被安裝在基板500上。在基板500上制造X陣列502和504與Y陣列506和508，和以90度偏轉(zhuǎn)已發(fā)送的和接收的SAW束。如之前在圖5中所描述的，發(fā)送換能器494和接收換能器498與各自的Y陣列508和Y陣列506 —起可被分別稱作為發(fā)送器和接收器。發(fā)送/接收換能器492和496與各自的X陣列502和X陣列54 —起可被稱作為發(fā)送器/接收器。在基板500上制造分束器510、512、514和516，其位于X和Y陣列502、504、506和508中的一個(gè)和觸摸區(qū)域518的外邊緣之間。所示的分束器510-516包括反射線元件(顯示為偏轉(zhuǎn)元件517)的重疊，具有兩個(gè)方向以產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)的U和V束?？商娲兀质?10-516可由單獨(dú)的陣列形成以支持U和V路徑，然而，與重疊的配置相比，這個(gè)實(shí)施例可能需要在基板500上的另外的空間。發(fā)送/接收換能器492沿X陣列502發(fā)送SAW束550。X陣列502以90度角度偏轉(zhuǎn)SAW束550的部分，其表示為偏轉(zhuǎn)的束552 (被示出在沿X陣列502的兩個(gè)位置上)。偏轉(zhuǎn)的束552進(jìn)入到分束器510中且被分成至少三個(gè)不同的束，例如未偏轉(zhuǎn)的束554、U偏轉(zhuǎn)的束556和V偏轉(zhuǎn)的束558。未偏轉(zhuǎn)的束554沿與偏轉(zhuǎn)的束552相同的路徑和方向繼續(xù)傳播，U偏轉(zhuǎn)的束556被沿U或?qū)堑姆较虬l(fā)送，例如與未偏轉(zhuǎn)的束554成約53度，以及V偏轉(zhuǎn)束558被沿V或?qū)堑姆较虬l(fā)送，該方向具有與未偏轉(zhuǎn)的束554成約-53度的角度。如之前描述的，具有沿X陣列502的長(zhǎng)度形成的大量的偏轉(zhuǎn)的束552，導(dǎo)致了大量的未偏轉(zhuǎn)的束554、U偏轉(zhuǎn)的束556和V偏轉(zhuǎn)的束558。在這個(gè)例子中，V偏轉(zhuǎn)的束558未被用于檢測(cè)在觸摸區(qū)域518中的觸摸。Y發(fā)送換能器494發(fā)送SAW束560，SAff束560的部分被Y陣列508以90度偏轉(zhuǎn)，作為偏轉(zhuǎn)的束562。偏轉(zhuǎn)的束562進(jìn)入分束器516，且至少被分成未偏轉(zhuǎn)的束564、U偏轉(zhuǎn)束566和V偏轉(zhuǎn)束568，其中，未偏轉(zhuǎn)束564在偏轉(zhuǎn)的束562的起始路徑上繼續(xù)傳播，U偏轉(zhuǎn)的束566以相對(duì)于未偏轉(zhuǎn)的束564的一個(gè)角度(例如約37度)偏轉(zhuǎn)。在這個(gè)例子中，約37度的偏轉(zhuǎn)角是對(duì)于3:4的高寬比的觸摸/顯示系統(tǒng)的基于觸摸屏的高度除以寬度的反正切。V反射束568是以與未偏轉(zhuǎn)的束564成約-37度進(jìn)行偏轉(zhuǎn)的。另外，發(fā)送/接收換能器496發(fā)送SAW束570，SAff束570的部分通過(guò)X陣列504以90度進(jìn)行偏轉(zhuǎn)，作為偏轉(zhuǎn)的束572。偏轉(zhuǎn)的束572進(jìn)入分束器512中并且至少分成如之前描述的三個(gè)束。然而，僅V偏轉(zhuǎn)束574是所關(guān)注的。將針對(duì)位于觸摸區(qū)域518中的用戶觸摸點(diǎn)576，對(duì)接收操作進(jìn)行描述。未偏轉(zhuǎn)的束554傳播跨過(guò)觸摸區(qū)域518，并且穿過(guò)分束器512。X陣列504以90度偏轉(zhuǎn)未偏轉(zhuǎn)的束554，以形成被發(fā)送/接收換能器496接收的返回的束575。U偏轉(zhuǎn)的束556和V偏轉(zhuǎn)的束574被發(fā)送，對(duì)角地穿過(guò)觸摸屏490的觸摸區(qū)域518并且遇到分束器514。分束器514接收多個(gè)束，其已經(jīng)被分割并且因此彼此以不同角度進(jìn)入分束器514中。如上所述，分束器514以約37度偏轉(zhuǎn)U偏轉(zhuǎn)的束556，和以約-37度偏轉(zhuǎn)V偏轉(zhuǎn)的束574。U和V偏轉(zhuǎn)的束進(jìn)入到Y(jié)陣列506中，并且被朝接收換能器498偏轉(zhuǎn)90度。發(fā)送/接收換能器492接收信號(hào)，但未被論述，因?yàn)樵谏鲜龅睦又形唇邮张c觸摸點(diǎn)576相關(guān)的信號(hào)。發(fā)送換能器494不尋找也不處理朝發(fā)送換能器494偏轉(zhuǎn)的任何信號(hào)。因此，被發(fā)送/接收換能器496發(fā)送的U束(未顯示)被忽略，被發(fā)送/接收換能器492發(fā)送的V偏轉(zhuǎn)的束558被忽略。應(yīng)當(dāng)理解，XYUV觸摸屏490可以被修改，使得U和V束被發(fā)送和檢測(cè)，同時(shí)X和Y束中的至少一個(gè)可被忽略。在這種情形中，可僅使用U和V束來(lái)檢測(cè)單個(gè)觸摸點(diǎn)576。為了明確地檢測(cè)多個(gè)觸摸，將使用X、Y、U和V束中的三個(gè)。發(fā)送/接收換能器492將發(fā)送Ul和接收V2，發(fā)送換能器494將發(fā)送U2和V2，發(fā)送/接收換能器496將接收U2和發(fā)送VI，以及接收換能器498將接收Ul和Vl?，F(xiàn)在從SAW分束器轉(zhuǎn)向IR分束器，光學(xué)衍射光柵的原理可以用于構(gòu)造IR分束器，例如與圖3的IR觸摸屏150 —起使用。例如，圖7示出IR衍射光柵522，IR衍射光柵522可以形成在透明的分束器基板520上，例如透明的塑料或玻璃，具有光柵周期530的條帶或偏轉(zhuǎn)元件524的圖案被應(yīng)用到此基板520的一側(cè)上。光線垂直于衍射光柵522入射，例如進(jìn)入到圖7的紙面中,在傳送時(shí),光線被衍射光柵522所衍射。在衍射光柵522的輸出側(cè)上，例如在圖7的紙面的后面，多個(gè)束或衍射級(jí)出現(xiàn)有徑直地穿過(guò)的零級(jí)束(m = O)和以角度Θ I衍射的第一級(jí)束(m = ±1)等等。衍射束的角度由等式2來(lái)進(jìn)行總結(jié):πιλ = d sin Θ m 等式 2其中，λ是入射光的波長(zhǎng)，d是光柵周期。例如如圖7所示，為了獲得45度的分光，對(duì)于950納米的波長(zhǎng)，光柵周期530是1.343微米。圖8顯示出衍射光柵522和45度散射的情形。在這個(gè)例子中，衍射光柵522被配置，使得d = ( V 2).λ，也就是，光柵周期530或間距是入射束532的波長(zhǎng)的2的平方根倍。入射束532進(jìn)入到衍射光柵522的輸入側(cè)534中。在這種情形中，X和Y束由未偏轉(zhuǎn)的束536 (或零級(jí)束)來(lái)表示，U和/或V束中每個(gè)由偏轉(zhuǎn)的束538和540(或第一衍射峰)中的一個(gè)來(lái)表示。在XYUV傳感器中，可以使用所有的未偏轉(zhuǎn)的束536與偏轉(zhuǎn)的束538和540。圖9示出調(diào)整衍射光柵522的透明和不透明的間距的比的一個(gè)例子。衍射光柵522的偏轉(zhuǎn)元件524 (另外在圖7中)表示出不透明區(qū)域544，在不透明區(qū)域544之間具有透明區(qū)域542。通過(guò)調(diào)整透明和不透明區(qū)域542和544，將獲得在未偏轉(zhuǎn)和偏轉(zhuǎn)的束536、538和540之間的不同的強(qiáng)度比。如果期望避免這種微米分辨率的圖案化，那么下文的基于折射和反射的IR分束器設(shè)計(jì)將是更有吸引力的?；谡凵浜头瓷涞腎R分束器可以由對(duì)預(yù)定的IR波長(zhǎng)具有適合的IR透射水平和折射率的材料形成。僅通過(guò)舉例的方式，材料可以具有N = 1.55的折射率或?qū)?yīng)于工程塑料的其它N值。另外，例如棱鏡、小平面或槽的偏轉(zhuǎn)元件被形成在分束器中，以提供實(shí)際的分束功能。每個(gè)偏轉(zhuǎn)元件可以具有多個(gè)表面，且每個(gè)表面可以未被涂覆、被涂覆、反射鏡化或否則被修改以提供期望的折射和/或反射功能。另外，可以彼此相對(duì)地設(shè)置多個(gè)表面，以最小化不期望的反射，和/或?qū)崿F(xiàn)期望的輸出束發(fā)送角。圖10和11分別示出折射式分束器230的2D視圖和等比視圖。LED或發(fā)送器232和234分別朝折射式分束器230發(fā)送IR束236和238。發(fā)送器232和234示意性地顯示為圓形的源，IR束236和238被彼此平行地發(fā)送。折射式分束器230將IR束236和238中的每一個(gè)分成兩個(gè)部分；一部分以相對(duì)于發(fā)送IR束的發(fā)送方向成零度地引導(dǎo)，而一部分以相對(duì)于發(fā)送IR束的發(fā)送方向成45度地引導(dǎo)(折射)。例如，IR束236分成以零度引導(dǎo)的第一部分244和以45度引導(dǎo)的第二部分246。第一和第二部分244和246被發(fā)送到觸摸區(qū)域241中。雖然第一和第二部分244和246圖10中顯示為在線231處和圖11中的平面233處被截?cái)嗷蚪K止，但是應(yīng)當(dāng)理解在觸摸屏中，第一和第二部分244和246在觸摸區(qū)域241中傳播，并且繼續(xù)到在觸摸屏的另一邊緣上的IR接收器(未顯示)。折射式分束器230可以由片狀的聚合物材料形成，其具有沿前壁243的多個(gè)槽、棱鏡或偏轉(zhuǎn)元件240和242，或它們的一個(gè)陣列。在這個(gè)例子中，偏轉(zhuǎn)元件240和242的內(nèi)表面未被涂覆。每個(gè)IR發(fā)送器232和234可以相對(duì)于對(duì)應(yīng)的偏轉(zhuǎn)元件240和242被對(duì)準(zhǔn)。通過(guò)舉例的方式，偏轉(zhuǎn)元件240接收IR束236。與傾斜的小平面247界面接觸的IR束236的部分被折射第一次。之后折射的束以不是90度的角度與折射式分束器230的后壁249界面接觸。折射的束被折射第二次，產(chǎn)生了第二部分246。出射的折射角(在第二部分246射出后壁249之后)相對(duì)于第一部分244是45度，該第一部分244平行于IR束236的發(fā)送方向。通過(guò)舉例的方式，基于觸摸屏150的期望的分辨率水平可以將IR發(fā)送器232和234彼此以精確的距離Dl間隔地設(shè)置(如圖3所示)。偏轉(zhuǎn)元件240和242彼此以精確的距離D2間隔地設(shè)置。距離Dl和D2可以彼此對(duì)應(yīng)，以提供沿觸摸屏150的每一側(cè)的發(fā)送器和偏轉(zhuǎn)元件的均一的對(duì)準(zhǔn)。彼此相對(duì)的IR發(fā)送器和偏轉(zhuǎn)元件的位置可以被調(diào)節(jié)，以調(diào)整第一和第二部分彼此的相對(duì)強(qiáng)度或百分比。如所顯示的，發(fā)送器232被相對(duì)于偏轉(zhuǎn)元件240對(duì)準(zhǔn)，使得約一半的IR束236被以45度折射。通過(guò)調(diào)整對(duì)準(zhǔn)，更大或更小百分比的IR束236可以被折射。另外，通過(guò)增加或減小偏轉(zhuǎn)元件的開(kāi)口 248 (圖11)的尺寸，可以調(diào)整第一和第二部分244和246的相對(duì)強(qiáng)度或百分比。可選擇地，偏轉(zhuǎn)元件240和242可以具有不同尺寸的開(kāi)口 248，從而使得不同百分比的IR束236和238被折射?？蛇x擇地，偏轉(zhuǎn)元件之間的距離(例如距離D2)可以改變以修改所述百分比。可選擇地，每個(gè)IR發(fā)送器可以不具有對(duì)應(yīng)的偏轉(zhuǎn)元件，從而使得對(duì)應(yīng)的IR束穿過(guò)折射式分束器230，而不產(chǎn)生折射部分。發(fā)送器232和234與折射式分束器230示出發(fā)送和分束功能。未示出的是接收和組合束的功能，其可以被表示為與發(fā)送功能相反。即，可替代地，發(fā)送器232和234可以是接收器。折射式分束器230接收至少兩個(gè)束，在這個(gè)例子中，一個(gè)IR束處于零度和一個(gè)IR束處于45度。折射式分束器230將45度束折射成與O度束平行，以將兩個(gè)束結(jié)合成單個(gè)束，而不是進(jìn)行分束。例如在圖10和11中的IR分束器可由多種技術(shù)來(lái)制造，包括注塑模制、以及使用為了制造用在LCD結(jié)構(gòu)內(nèi)部的改善亮度薄膜而研發(fā)的已知的光學(xué)薄膜制造技術(shù)。例如，低聚物樹(shù)脂復(fù)合物可以被固化在塑料薄膜上，并由主反膠片(master negative)模制成形。另外地，在一些情形中，為了用于IXD組件中而開(kāi)發(fā)的光學(xué)薄膜可以具有期望的分束性質(zhì)和可以用在IR XYU觸摸屏的設(shè)計(jì)中。圖12顯示出光學(xué)薄膜600的平面視圖，該光學(xué)薄膜600具有靠近IR發(fā)送器602設(shè)置的上述的偏轉(zhuǎn)元件結(jié)構(gòu)。IR束606進(jìn)入薄膜600中并且被以第一角度偏轉(zhuǎn)第一次，之后在離開(kāi)薄膜600時(shí)被以第二角度偏轉(zhuǎn)第二次。如果對(duì)于垂直入射總的偏轉(zhuǎn)小于45度，則薄膜600可以被如所圖示地旋轉(zhuǎn)，以產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)的束604，該偏轉(zhuǎn)的束604相對(duì)于IR束606具有45度偏轉(zhuǎn)。然而，在這個(gè)例子中，作為薄膜600的這種商業(yè)上可獲得的光學(xué)薄膜典型地偏轉(zhuǎn)所有入射光。
圖13示出薄膜600被定位以截獲IR束606的一部分的一個(gè)實(shí)施例。薄膜600可以相對(duì)于IR發(fā)送器602沿箭頭608的方向被定位，以截獲約IR束606的一半。在這個(gè)例子中，IR束606的一部分或約一半在之后將被作為未偏轉(zhuǎn)的X或Y束610發(fā)送，IR束606的剩下的一半將被作為偏轉(zhuǎn)的束604發(fā)送。偏轉(zhuǎn)的束604的方向由薄膜600的性質(zhì)來(lái)確定，和可以替代地被以-45度偏轉(zhuǎn)。圖14和15分別顯示出折射式分束器250的2D和等比視圖。IR發(fā)送器232和234與各自的IR束236和238 —起被示出。與圖10中的折射式分束器230 —樣，折射式分束器250還將IR束236和238分成以零度角弓丨導(dǎo)的第一部分244和以45度角引導(dǎo)的第二部分 246。在這個(gè)例子中，圖10的偏轉(zhuǎn)元件240和242的比例可以在折射式分束器250的偏轉(zhuǎn)元件252中的多個(gè)或一個(gè)陣列中保持不變，盡管可以改變尺寸和間距。折射式分束器250具有大量的偏轉(zhuǎn)元件252，其較小和更加細(xì)密地彼此間隔開(kāi)?；蛘哒f(shuō)，圖10中的折射式分束器230可以被修改而具有較高密度的折射小平面，以形成圖14中的折射式分束器250。當(dāng)偏轉(zhuǎn)元件252被密集地間隔開(kāi)時(shí)，IR發(fā)送器232和234不需要與偏轉(zhuǎn)元件252對(duì)準(zhǔn)。另外，折射式分束器250可以被制成沿尺寸D3(圖15)的任意薄度，或可以被制成比折射式分束器230更薄，該折射式分束器230具有較大和/或較深的偏轉(zhuǎn)元件240和242。第一和第二部分244和246的相對(duì)強(qiáng)度可以通過(guò)增加或減小傾斜的小平面口 254與小平面間距256的比來(lái)進(jìn)行調(diào)整?？梢员恍薷牡囊厥莾A斜的小平面258的傾斜的小平面口 254，傾斜的小平面口 254與小平面間距256的比，偏轉(zhuǎn)元件252的數(shù)量，折射式分束器250的高度、長(zhǎng)度、寬度和折射率以及折射束(第二部分246)的最終方向。圖16和17分別示出反射式(和折射式)分束器260的2D和等比視圖。與圖10中的折射式分束器230相比，反射式分束器260具有反射鏡化的傾斜小平面262，而不是未涂覆的傾斜的小平面247。另外，偏轉(zhuǎn)元件268的陣列形成在后壁266中，而不是在前壁264中。IR束236通穿過(guò)前壁264進(jìn)入到反射式分束器260。與反射鏡化的傾斜小平面262界面接觸的IR束236的部分被反射。在反射的束以不是90度的角度遇到后壁266時(shí)，則反射的束被折射。反射的和折射的束是相對(duì)于IR束236以45度發(fā)送的第二部分246。以90度與后壁266界面接觸的IR束236的部分穿過(guò)反射式分束器260而未被偏轉(zhuǎn)，以形成相對(duì)于IR束236成零度的第一部分244?？赏ㄟ^(guò)增加或減小反射鏡化的小平面口 263，和/或通過(guò)相對(duì)于反射鏡化的傾斜小平面262調(diào)整發(fā)送器232和234的相對(duì)位置或?qū)?zhǔn)，來(lái)調(diào)整零度束和45度束(第一和第二部分244和246)的相對(duì)強(qiáng)度。或者說(shuō)，發(fā)送器232和234精確地與反射式分束器260的反射鏡化的傾斜的小平面262對(duì)準(zhǔn)，以如之前圖10所討論地將IR束236分成期望的百分比的零度束和45度束。另外，可調(diào)整以下要素:例如反射鏡化的傾斜小平面262的高度(或反射鏡化的小平面口 263)，直接在反射鏡化的傾斜小平面262上方的透明的或未反射鏡化的小平面267的高度265，偏轉(zhuǎn)元件268的數(shù)量和間距，反射式分束器260的高度、長(zhǎng)度和寬度，包括可用于改變折射率的反射式分束器260的材料以及可能不同于45度的折射束(第二部分246)的最終方向。圖18示出具有大量的小的反射鏡化表面的反射式分束器270的等比視圖。如之前描述的，偏轉(zhuǎn)元件(例如圖10中的偏轉(zhuǎn)元件240和242)的幾何構(gòu)型可以被保留，同時(shí)縮放比例被改變以形成具有較小的偏轉(zhuǎn)元件252的分束器(如圖14和15所示)，偏轉(zhuǎn)元件252較近地靠攏在一起。使用圖18中的較高密度的較小的偏轉(zhuǎn)元件268，發(fā)送器232和234不必如圖16所示那樣與單個(gè)偏轉(zhuǎn)元件或反射鏡化的傾斜小平面262對(duì)準(zhǔn)。反射式分束器270將IR束236分成成零度角的第一部分244和成45度角的第二部分246。另外，零度束和45度束的相對(duì)強(qiáng)度可以如之前在圖16和17中所述的方式進(jìn)行調(diào)整。圖19示出將入射的IR束分成多于兩個(gè)束的折射式分束器280。折射式分束器280具有沿前壁272的偏轉(zhuǎn)元件281的陣列。偏轉(zhuǎn)元件281中的每個(gè)具有第一和第二傾斜的小平面276和278，其在彼此相對(duì)的方向上傾斜。與第一和第二傾斜的小平面276和278界面接觸的IR束236的部分被第一次折射，并之后在折射的束與后壁274界面接觸時(shí)被第二次折射。與前壁272和后壁274以90度成界面接觸的IR束236的部分沒(méi)有偏轉(zhuǎn)。因此，折射式分束器280將IR束236分成以-45度引導(dǎo)的第一束282、以+45度引導(dǎo)的第二束284和以零度引導(dǎo)的第三束286，上述角度都是相對(duì)于IR束236的方向。在一些實(shí)施例中，例如具有X、U和V束但沒(méi)有Y束的傳感器，折射式分束器280可以被設(shè)計(jì)成使得沒(méi)有未偏轉(zhuǎn)的束(或第三束286)，且入射的IR束236完全被第一和第二傾斜的小平面276和278截獲。如所示的折射式分束器280的偏轉(zhuǎn)元件281與IR發(fā)送器232和234對(duì)準(zhǔn)。然而，如之前所述的，偏轉(zhuǎn)元件281可被制得較小和較近地靠在一起，從而使得觸摸屏被裝配而不需要將發(fā)送器和接收器與偏轉(zhuǎn)元件281對(duì)準(zhǔn)的步驟。圖20顯示出具有偏轉(zhuǎn)元件的傾斜的折射式分束器290，該偏轉(zhuǎn)元件被形成以產(chǎn)生入射和出射表面，該入射表面和出射表面被傾斜，而不是與IR束垂直。使入射和出射表面傾斜可以對(duì)在觸摸系統(tǒng)的平面外部的任何反射進(jìn)行散射，改善背景的移除。圖21示出傾斜的折射式分束器290，為了簡(jiǎn)明起見(jiàn)，未示出IR束。在圖20和21中，示出在虛擬的水平面301和303之間的周期性的分束器結(jié)構(gòu)的一短段。第一和第二偏轉(zhuǎn)元件296和298形成在前壁320以及第一側(cè)壁292和第二側(cè)壁294中，其是指所示的垂直的表面。前壁320和第一側(cè)壁292的相交部具有第一、第二和第三部分300、302和304，前壁320和第二側(cè)壁294的相交部具有第一、第二和第三部分306、308和310。第一偏轉(zhuǎn)元件296形成在第一側(cè)壁292的第一和第二部分300和302與第二側(cè)壁294的第一和第二部分306和308之間。第二偏轉(zhuǎn)元件298形成在第一側(cè)壁292的第二和第三部分302和304與第二側(cè)壁294的第二和第三部分308和310之間。第一側(cè)壁292的第一部分300的底部和第二側(cè)壁294的第一部分306的底部都從虛擬的水平面303處開(kāi)始。第一側(cè)壁292的第一部分300比第二側(cè)壁294的第一部分306短。因此，第一偏轉(zhuǎn)元件296的入射表面312被形成一定角度，以傾斜遠(yuǎn)離垂直方向。小平面口 318在第一偏轉(zhuǎn)元件296的寬度上不變化，但相對(duì)于水平方向是傾斜的。平行的入射IR束238被分成零度束314和45度束316。類似地，第一側(cè)壁292的第三部分304的頂部和第二側(cè)壁294的第三部分310的頂部都從虛擬的水平面301處開(kāi)始。第一側(cè)壁292的第三部分304比第二側(cè)壁294的第三部分310長(zhǎng)。第一和第二側(cè)壁292和294的各自的第二部分302和308具有相等的長(zhǎng)度。因此，第二偏轉(zhuǎn)元件298的入射表面324被形成角度，和小平面口 326在第二偏轉(zhuǎn)元件298的寬度上不變化。
零度束和45度束314和316的相對(duì)強(qiáng)度可以分別通過(guò)增加或減小折射的小平面口 318和/或通過(guò)相對(duì)于第一和第二偏轉(zhuǎn)元件296和298對(duì)準(zhǔn)發(fā)送器234和232來(lái)進(jìn)行調(diào)整?？尚薷那氨诤秃蟊?20和322的傾斜角度，折射的小平面的口中的一個(gè)或多個(gè)，直接在折射的小平面上方的透明的小平面的高度，偏轉(zhuǎn)元件的數(shù)量和間距，分束器材料塊的高度、長(zhǎng)度、寬度和折射率以及折射的束的最終方向，該折射的束在一個(gè)例子中是45度束316。因此，沿前壁320進(jìn)入到傾斜的折射式分束器290的IR束238的任何部分將以零度從后壁322射出。雖然零度束314在前壁和后壁320和322處被折射，但是只要前壁和后壁320和322彼此平行，就沒(méi)有凈偏轉(zhuǎn)。因此，如果前壁和后壁320和322是平行的，那么出射束將以與入射束相同的方向從后壁322射出。沿第一偏轉(zhuǎn)元件296的折射表面進(jìn)入傾斜的折射式分束器290的IR束238的部分第一次被以第一角度折射。當(dāng)折射的IR束穿過(guò)平行于前壁320的后壁322從傾斜的折射式分束器290射出時(shí)，折射的IR束被第二次折射，以獲得期望的總的折射角度，在這個(gè)例子中是45度。因此，要考慮由傾斜界面進(jìn)行的兩個(gè)單獨(dú)的折射。圖22和23分別示出具有高密度的折射小平面的傾斜的折射式分束器330的2D和等比視圖。傾斜的折射式分束器330可以具有偏轉(zhuǎn)元件，所述偏轉(zhuǎn)元件具有與圖20的傾斜的折射式分束器290相同的幾何構(gòu)型，但所述偏轉(zhuǎn)元件尺寸較小且被彼此相對(duì)地更緊密地間隔開(kāi)。因此，不需要相對(duì)于單個(gè)偏轉(zhuǎn)元件對(duì)準(zhǔn)發(fā)送器232和234。傾斜的折射式分束器330還將平行的IR束236分成以零度引導(dǎo)的第一部分244和以45度引導(dǎo)的第二部分246。零度束和45度束的相對(duì)強(qiáng)度可以通過(guò)增加或減小折射的小平面口與另外的小平面的口之比進(jìn)行調(diào)整。如之前描述的分束器，可以使用反射，而不使用折射。圖24示出傾斜的反射式分束器340的2D視圖，其將平行的入射光束(IR束236)分成零度束342和45度束344。零度束和45度束342和344的相對(duì)強(qiáng)度分別通過(guò)增加或減小反射鏡化的小平面口和/或通過(guò)相對(duì)于單個(gè)偏轉(zhuǎn)元件346和348對(duì)準(zhǔn)發(fā)送器232和234來(lái)進(jìn)行調(diào)整。其它方面也可被調(diào)整，包括前壁和后壁的傾斜角度，反射鏡化的小平面的口，直接位于反射鏡化的小平面上方的透明的小平面的高度，偏轉(zhuǎn)元件的數(shù)量和間距，分束器材料的高度、長(zhǎng)度、寬度和折射率以及被分割的束的最終方向，所述被分割的束的最終方向在這個(gè)例子中是45度。圖25示出具有高密度的小的反射鏡化表面的傾斜的反射式分束器350。如之前描述的其它的分束器，傾斜的反射式分束器350也將平行的入射光束(IR束236)分成零度束342和45度束344。零度束和45度束的相對(duì)強(qiáng)度通過(guò)增加或減小反射鏡化的小平面口與其余的小平面口之比來(lái)進(jìn)行調(diào)整。其它的相對(duì)幾何構(gòu)型與上述的圖24中的傾斜的反射式分束器340保持相同。上述的IR發(fā)送器中的每一個(gè)具有透鏡，該透鏡典型地用于將IR束聚焦成窄的前向的錐形，以便在束在大的觸摸區(qū)域上傳播時(shí)減小IR束的功率發(fā)散。與這樣的IR發(fā)送器一起使用的IR接收器中的每個(gè)具有透鏡，該透鏡典型地用于將大致平行且向前的入射IR束聚焦成在有源探測(cè)表面光電晶體管上的小焦斑。在一個(gè)實(shí)施例中，所述透鏡可被分束透鏡取代，以實(shí)現(xiàn)分束功能。在這種配置中，分束透鏡連接至IR發(fā)送器和IR接收器中的每一個(gè)上。透鏡針對(duì)IR XYU觸摸屏操作來(lái)分割和結(jié)合IR束。不需要單獨(dú)的分束器，并且因此不需要將IR發(fā)送器和接收器與分束器對(duì)準(zhǔn)。
為了簡(jiǎn)化起見(jiàn)，以下假定內(nèi)部的LED光源(或光電晶體管基底)是點(diǎn)源(或點(diǎn)檢測(cè)器)，期望產(chǎn)生平行的束，該平行的束在束被從分束透鏡輸出時(shí)分開(kāi)成45度。為了保持透鏡盡可能的對(duì)稱，透鏡可以將來(lái)自點(diǎn)源的光線分成+/-22.5度的束，而不是生成如之前描述的分束器所實(shí)現(xiàn)的零度束和45度束。因此，連續(xù)的透鏡表面被計(jì)算以將來(lái)自點(diǎn)源的IR光折射成不相交的+/-22.5度束。隨著進(jìn)一步簡(jiǎn)化，假定透鏡的后表面是平坦的，且僅透鏡的前表面是彎曲的并可以是成凹形或凸形。雖然可以設(shè)計(jì)成保持固定的最小和最大厚度輪廓的菲涅爾型透鏡(Fresnel-type lenses),下文將假定連續(xù)彎曲的透鏡表面,而沒(méi)有厚度限制。圖26和27示出非聚焦凹透鏡360，其可以通過(guò)使用標(biāo)準(zhǔn)分析設(shè)計(jì)方法來(lái)確定。非聚焦的凹透鏡360的前表面374使用大量的小的平坦的小平面362來(lái)進(jìn)行建模。在圖27中，IR點(diǎn)源364產(chǎn)生IR束366，其穿過(guò)后表面376進(jìn)入非聚焦的凹透鏡360中。非聚焦凹透鏡360將IR束366分成第一和第二束368和370。圖28示出在IR觸摸屏380中使用雙束透鏡的一般概念。雙束透鏡可以是非聚焦的凹透鏡360 (如在圖27中顯示的)或聚焦的凹透鏡或凸透鏡，將在下文中對(duì)它們進(jìn)行描述。IR發(fā)送器382和384沿觸摸屏380的兩側(cè)定位，IR接收器386和388沿觸摸屏380的另外兩側(cè)定位。為了簡(jiǎn)明起見(jiàn)，示出小數(shù)量的IR發(fā)送器382和384與IR接收器386和388，但典型地大量的發(fā)送器和接收器被用于提供在觸摸屏380的整個(gè)觸摸區(qū)域上的均一的覆蓋。因?yàn)殡p束透鏡形成成+/-22.5度的束，而不是成零度和45度，所以IR發(fā)送器382和384與IR接收器386和388定位在相對(duì)于觸摸屏380的X和Y平面的被旋轉(zhuǎn)的方向上，以形成和接收X、Y和U束。角度被確定成使得一個(gè)束被沿著X或Y方向發(fā)送。例如，發(fā)送器382被傾斜以沿X軸線發(fā)送IR束390和沿U軸線發(fā)送IR束392。發(fā)送器384被傾斜以沿Y軸線發(fā)送IR束394和沿U軸線發(fā)送IR束396。IR接收器386被傾斜以檢測(cè)IR束390和396，IR接收器388被傾斜以檢測(cè)IR束392和394。因?yàn)閁束成45度，而觸摸區(qū)域的對(duì)角線在一些情形中不是成45度，所以在一些情況下，U束從IR發(fā)送器384傳播至IR接收器 388。圖29顯示出聚焦凹透鏡400，其限定了在聚焦凹透鏡400的每個(gè)表面點(diǎn)處的折射方向，使得第一和第二束402和404分別聚焦到第一和第二聚焦點(diǎn)406和408上。在這個(gè)例子中，第一和第二聚焦點(diǎn)406和408被限定在檢測(cè)器表面409上，其表示IR接收器，例如圖28中的接收器386。第一和第二聚焦點(diǎn)406和408可以被沿向前(Z)的方向移動(dòng)至任意的位置上。圖30示出非聚焦的凸透鏡410。圖31示出非聚焦的凸透鏡410，其將入射的IR束412分成第一和第二束414和416。第一和第二束414和416如之前所述是+/-22.5度。為了簡(jiǎn)明地說(shuō)明，在這個(gè)例子中再次假定點(diǎn)源418產(chǎn)生光的IR束412。另外，可以使用聚焦的凸透鏡(未顯示)。聚焦的凸透鏡將入射的IR束分成第一和第二束，如之前的圖29描述的，它們被聚焦到檢測(cè)器表面上的第一和第二聚焦點(diǎn)上。還應(yīng)當(dāng)注意，也可以在需要時(shí)被設(shè)計(jì)三束透鏡以將入射的IR束分割成三個(gè)束，以支持類似于圖6中的SAW XYUV觸摸屏的IR XYUV設(shè)計(jì)。應(yīng)當(dāng)理解，上述描述是說(shuō)明性的而不是限制性的。例如，上述的實(shí)施例(和/或其方面)可以被彼此結(jié)合地使用。另外，在不偏離其范圍的情形下，可以進(jìn)行許多修改以將特定的情形或材料適應(yīng)于本發(fā)明的教導(dǎo)。雖然在此描述的材料的尺寸和類型用于限定本發(fā)明的參數(shù)，但是決不是限制性的，而是示例性的實(shí)施例。在閱讀上述描述的基礎(chǔ)上，許多其它的實(shí)施例對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)是顯而易見(jiàn)的。因此，本發(fā)明的范圍應(yīng)當(dāng)參考隨附的權(quán)利要求以及表示本發(fā)明的主題的這些權(quán)利要求的等價(jià)物的全部范圍來(lái)確定。另外，在下面的權(quán)利要求中，術(shù)語(yǔ)“第一”、“第二”和“第三”等僅用作標(biāo)號(hào)，且不是將數(shù)字要求強(qiáng)加到這些物體上。進(jìn)一步地，下述的權(quán)利要求的限制未用裝置加功能的形式的方式來(lái)撰寫(xiě)，不能基于U.S.C.§ 112第6段進(jìn)行解釋，除非和直到這些權(quán)利要求清楚地使用其后緊跟著功能的陳述而空無(wú)進(jìn)一步的結(jié)構(gòu)的詞語(yǔ)“ 用于......的裝置”。
權(quán)利要求
1.一種觸摸屏系統(tǒng)，包括: 觸摸區(qū)域； 至少一個(gè)表面聲波發(fā)送器，所述表面聲波發(fā)送器靠近所述觸摸區(qū)域的外邊緣設(shè)置，用于沿第一方向發(fā)送第一束； 至少一個(gè)分束器，所述分束器靠近所述觸摸區(qū)域的外邊緣設(shè)置，用于將所述第一束分成分別沿至少第二和第三方向穿過(guò)所述觸摸區(qū)域傳播的至少第二和第三束，所述至少一個(gè)分束器包括多個(gè)偏轉(zhuǎn)元件；和 表面聲波接收器，所述表面聲波接收器靠近所述觸摸區(qū)域的外邊緣設(shè)置，用于接收所述至少第二和第三束。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述至少第二和第三方向中的一個(gè)與所述第一方向相同。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中，所述至少一個(gè)表面聲波發(fā)送器是發(fā)送第一束的發(fā)送器陣列中的一個(gè)，所述接收器相應(yīng)地被設(shè)置成與所述發(fā)送器相對(duì)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中，所述觸摸區(qū)域具有沿X軸和Y軸的維度，所述X軸和Y軸彼此成90度，其中，所述第二方向沿著X軸和Y軸中的一個(gè)，所述第三方向相對(duì)于X軸和Y軸是對(duì)角的方向。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中，所述第三方向與第二方向成37°、45°或53°的角度。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括靠近所述接收器設(shè)置的分束器，用于相對(duì)于所述接收器偏轉(zhuǎn)所述至少第二和第三束。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中，所述多個(gè)偏轉(zhuǎn)元件包括絲網(wǎng)印刷玻璃粉、復(fù)合聚合物材料墨或蝕刻的槽。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述至少第二和第三方向與所述第一方向彼此不同。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其中，所述至少一個(gè)發(fā)送器包括發(fā)送換能器和靠近所述觸摸區(qū)域的外邊緣的第一陣列，其中，所述至少一個(gè)發(fā)送器配置成沿所述第二方向?qū)⑺龅谝皇蛩鲋辽僖粋€(gè)分束器偏轉(zhuǎn)。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其中，所述至少第二和第三束中的一個(gè)沿著X和Y軸中的一個(gè)穿過(guò)所述觸摸區(qū)域傳播，其中所述至少第二和第三束中的另一個(gè)沿著相對(duì)于X軸和Y軸的對(duì)角方向傳播。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其中，至少一個(gè)接收器包括接收換能器和靠近所述觸摸區(qū)域的外邊緣的第二陣列，其中所述接收器中的至少一個(gè)配置成將所述至少第二和第三束中的所述另一個(gè)從相對(duì)于X軸和Y軸的對(duì)角方向偏轉(zhuǎn)。
12.根據(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，還包括靠近所述接收器定位的分束器，用于相對(duì)于所述接收器偏轉(zhuǎn)所述至少第二和第三束。
13.根據(jù)權(quán)利要求8至12中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中，所述多個(gè)偏轉(zhuǎn)元件包括絲網(wǎng)印刷玻璃粉、復(fù)合聚合物材料墨或蝕刻的槽。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于檢測(cè)多個(gè)觸摸的觸摸屏。該觸摸屏系統(tǒng)(110)包括觸摸區(qū)域(156)。至少一個(gè)發(fā)送器(152、154)被定位靠近觸摸區(qū)域的外邊緣(157)，用于沿第一方向發(fā)送第一束。至少一個(gè)分束器(162、164)被定位靠近觸摸區(qū)域的外邊緣，用于將第一束分成分別沿至少第二和第三方向通穿過(guò)觸摸區(qū)域傳播的至少第二和第三束。該至少一個(gè)分束器包括多個(gè)偏轉(zhuǎn)元件(169)。接收器(158、160)被定位靠近觸摸區(qū)域的外邊緣，用于接收所述至少第二和第三束。
文檔編號(hào)G06F3/041GK103092419SQ20131002713
公開(kāi)日2013年5月8日 申請(qǐng)日期2008年4月23日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月25日
發(fā)明者約珥·C·肯特, 詹姆斯·L·埃若燕, 高婷, 田中良和, 丹尼爾·H·沙夫 申請(qǐng)人:電子觸控產(chǎn)品解決方案公司