[发明专利]触敏设备及与其相关的光学耦合元件和光学触摸面板

说明书

本申请是申请日为2012年01月30日，申请号为201280007108.2，发明名称为“触敏设备及与其相关的光学耦合元件和光学触摸面板”的申请的分案申请。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2011年2月2日提交的第1150071-7号瑞典专利申请以及于2011年2月2日提交的第61/438675号美国临时申请的权益，这两项申请通过引用结合在此。

技术领域

本发明涉及通过光透射穿过透光面板操作的触敏系统，并且具体地涉及用于将光耦合进这种面板的光学解决方案。

背景技术

现有技术包括不同类型的通过在固体透光面板内透射光而操作的触敏系统，通过两个被外围边缘表面连接起来的平行边界表面定义该透光面板。具体地，将光注射到该面板内，以便通过全内反射(TIR)在这些边界表面之间传播。触摸这些边界表面之一(“触摸表面”)的对象引起被一个或多个光传感器检测的传播光的变化。在一个实现方式中，例如，如在WO2008/017077、US2009/267919和WO2010/056177中所披露的，光传感器被安排在该面板后面以检测散射离开触摸对象并通过与该触摸表面相对的边界表面逃离该面板的光。在另一个实现方式中，例如，如在US7435940所披露的，光传感器被安排在该面板的外围以检测散射离开触摸对象并通过全内反射限制在该面板内的光。在又另一个实现方式中，例如，如在WO2010/006882和WO2010/134865中所披露的，光传感器被安排该面板的外围以感测透射穿过该面板的光的衰减。

为了从该面板内部实现该触摸表面的均匀照明，该入耦合点经常是狭长的并沿该面板的很大一部分延伸。在没有任何专用耦合元件的情况下，大多数现有技术文件建议将光注射穿过该外围边缘表面的狭长部分。由于光可以以相对陡的角度注射到该边缘表面上，在该边缘表面上引起比较小的反射损失，所以这种方法是可能的。而且，这种入耦合点不显著增加触摸系统的厚度。然而，通过该边缘表面的入耦合需要该边缘表面高度平坦并且没有缺陷。实现这种情况可能是困难和/或昂贵的，尤其是如果该面板是薄的和/或由如玻璃的比较易碎的材料制造而成。通过该边缘表面的入耦合还可能增加该触摸系统的足迹(footprint)。此外，如果该面板附装到安装结构上(如框架或支架)上，则可能难于光学地进入该边缘表面，并且该安装结构还很可能在该边缘表面内造成应力。这种应力会影响该边缘表面的光学质量并导致降低入耦合性能。

上述WO2010/006882和WO2010/134865建议通过附装和光学地耦合(胶合)到该顶表面或底表面的狭长楔形部分入耦合光。这种方法可以减轻对该边缘表面的表面特性的任何严格要求和/或便于安装该面板。然而，为了通过传播沿该面板的深度方向准直的光来实现该触摸表面的均匀照明，该入耦合点需要容许沿该面板的深度方向达到如下程度的光束进入：该触摸表面上的光束的足迹在该触摸表面内的连续反射之间基本上重叠。反过来，这种情况是指该楔形部分需要具有相应尺寸的光接收表面，从而产生一个可能需要从该顶表面或底表面突出至少15至20mm的楔形部分。这种楔形部分会显著增加该系统的厚度和重量。为了降低重量和成本，该楔形部分可以由塑料材料制成。另一方面，例如，为了达到所要求的大部分材料特性(例如，折射率、透射率、同质性、各向同性、耐用性、稳定性等)和该顶表面和底表面的表面平整度，该面板经常是由玻璃制成。本申请人已经发现，由于在该触摸系统的操作过程中的温度变化，塑料材料和玻璃之间的热膨胀差异会引起该楔形部分从该面板上变得松动。即使该楔形部分的微小或局部脱离也会导致该系统的性能显著下降。

本申请人已经试图通过并列附装若干个更短的楔形部分以便形成狭长的入耦合点来克服此问题。然而，如果该触摸系统要求不只一个光片通过该入耦合点被注射，从而使得通过该入耦合点透射的光在该面板的平面内不只具有一个主方向(即，如在该触摸系统的平面图中看到的)，则这些楔形部分之间的接合处会干扰(例如，反射)该入射光并导致该系统的性能显著降低。例如，WO2010/006882和WO2010/134865披露了用于通过将多个具有不同主方向的光片注射通过该入耦合点使能够具有多点触摸灵敏度的技术。

现有技术还包括US2004/0252091，其披露了一种光学触摸系统，在该光学触摸系统中，发散光束被耦合进用于通过TIR传播通过旋转棱柱形式的大楔形部分的透光面板，这些大楔形部分被安排在该面板的顶表面或底表面上。