CN101467121B

CN101467121B - 具有多层波导的光触摸板

Info

Publication number: CN101467121B
Application number: CN2006800525183A
Authority: CN
Inventors: J·W·S·奥斯特加阿德; J·O·P·伊莱亚森; J·巴斯图德
Original assignee: O Pen AS
Current assignee: O Pen AS
Priority date: 2005-12-30
Filing date: 2006-12-29
Publication date: 2012-11-14
Anticipated expiration: 2026-12-29
Also published as: US8013845B2; JP2009525512A; WO2008038066A2; CN101467121A; WO2008038066A3; US20070152985A1; EP1969515A2

Abstract

光触摸板包括光耦合到至少一个电磁辐射检测器的多层波导。基于通过多层波导从对象引导至检测器的电磁辐射，可以确定与贴近于(例如悬浮于其上方)和/或接触光触摸板的对象相关的信息。例如，与所述对象相关的信息可以包括位置信息、对象类型信息和/或与对象相关的其他信息。

Description

具有多层波导的光触摸板

相关申请的交叉引用

本申请要求于2005年12月30日提交的美国专利申请序列号No.11/320,742的优先权，其通过参考在此整个并入本申请中。

技术领域

本发明涉及光触摸板，其使用全内反射从而指引电磁辐射从对象返回到光触摸板从而确定与所述对象相关的位置信息和/或其他信息。

背景技术

已知触摸板系统，其使得用户能够通过相对于触摸板表面移动对象而输入信息到处理器中。通常地，触摸板可以在计算应用(诸如PDA和计算机)中实施，并且还可以在广泛的多种应用中的电子显示屏中找到，所述应用诸如取款机、游戏机、汽车导航系统、饭店管理系统、便利店结账处、气体泵、信息亭以及手持数据组织器。

然而，传统触摸板系统可能体积较大，并且可能增加其可能连接到的设备的整体尺寸。额外地，传统触摸板不能提供足够的强度从而保证在一些设备中的标准使用条件，所述设备诸如个人移动设备(如无线电话、PDA)和/或其他个人移动设备。例如，移动设备可能经历化学曝露、潮湿、机械压力诸如震动撞击、和/或其他压力或者曝露。

通常，典型触摸板到传统平板显示屏、和/或其他传统显示屏的添加还可能导致显示屏性能的降低。例如传统显示屏的功率消耗、分辨率、对比度、视角、色域、灰度和/或亮度可能通过典型触摸板的添加而降低。

例如，这些和其他缺点可能与以下光触摸板相关联，即实施发光触笔的光触摸板，实施通过专用光源供应到光触摸板的令人沮丧的内阻的光触摸板，实施与CRT显示屏的光栅化协作从而确定与对象相关的位置信息的光触摸板，以及利用对光触摸板的表面成像的成像设备的光触摸板。

因此，存在针对解决与传统触摸板系统相关联的这些和其他缺点的触摸板的需求。

发明内容

本发明的一个方面涉及解决与传统触摸板系统相关联的这些和其他缺点。

本发明的另一方面涉及一种光触摸板，其包括光耦合到至少一个电磁辐射检测器的多层波导。基于通过多层波导从对象引导至检测器的电磁辐射，可以确定与贴近于(例如悬浮于其上方)和/或接触光触摸板的对象相关的信息。例如，与对象相关的信息可以包括位置信息、对象类型信息和/或其他与所述对象相关的信息。

多层波导可以包括具有不同折射率的多个波导层，并且可以通过在一个或者多个波导层内的全内反射引导电磁辐射到至少一个检测器。多层波导层可以引导来自于贴近于或者与光触摸板的表面相接触的对象的电磁辐射。

多个波导层可以包括具有向两个折射率之间的边界渐进降低的折射率的两个或者多个层，其形成全内反射镜，所述全内反射镜限制光触摸板受到通过显示屏和/或光触摸板下其他表面引起的光干扰。在一些实例中，可以选择至少一个或者多个折射率从而大大减小表面污染所引起的多层波导内的光噪声。

根据本发明的各种实施，当对象贴近于和/或与光触摸板相接触时，对象可以被光触摸板下显示屏发出的电磁辐射、或者连接到波导的发射器横向发射的电磁辐射照明。对象根据其自身光学特性和其相对于光触摸板的位置可以吸收、反射、散射、和/或与电磁辐射发生相互作用。基于对象与电磁辐射的相互作用，电磁辐射的部分可以返回到光触摸板。被对象返回到光触摸板的电磁辐射可以在多层波导内通过全内反射导向到至少一个检测器。

在一些实施中，多层波导内的波导层的折射率可以选为使得具有可指示与所述对象相关的信息的一个或者多个属性的电磁辐射可以被引导到至少一个检测器。例如，反弹角、强度、和/或电磁辐射的其他属性可以指示与对象相关的信息。基于通过至少一个检测器的电磁辐射的检测，可以确定与所述对象相关的信息。与所述对象相关的信息可以包括位置信息、对象类型信息和/或其他信息。

根据一些实施，多层波导可以包括具有第一折射率的第一波导层，和具有第二折射率的第二波导层。第一和第二折射率可以选择为使得可以在与第二波导层相对的第一波导层的表面上形成第一全内反射镜(“TIR镜”)，可以在第一波导层和第二波导层之间形成第二TIR镜，以及可以在与第一波导层相对的第二波导层的表面上形成第三TIR镜。

基于贴近于或者与光触摸板相接触的对象的折射率，被对象返回到光触摸板的电磁辐射可以以到第二TIR镜的不同入射角度引入到多层波导。例如，在对象的折射率相对较高(例如触笔)的实例中，第二TIR镜上的电磁辐射的最大入射角度可以相对较大。在对象的折射率相对较低(例如人体组织)的实例中，第二TIR镜上的电磁辐射的最大入射角度可以相对较小。

第一和第二层折射率可以选为使得如果对象是第一对象类型，则通过对象返回的电磁辐射可以包括将在第二TIR镜反射的电磁辐射，而如果对象是第二对象类型，则通过对象返回的基本上所有电磁辐射将穿过第二TIR镜。在第二TIR镜处反射的电磁辐射可以限制在第一波导层内，并且通过第一和第二TIR镜引导至至少一个检测器。穿过第二TIR镜的电磁辐射可以在第三TIR镜处全内反射，并且通过第一和第三TIR镜引导至至少一个检测器。通过确定引导到至少一个检测器的电磁辐射是否包括通过第一和第二TIR镜导向到至少一个检测器的电磁辐射，可以从相对较低折射类型的对象来确定相对较高折射类型的对象。

在一些实施中，光触摸板可以包括辅助波导层。辅助波导层可以包括通过边界层限界的底层。底层可以比边界层具有高的折射率，并且在一些实例中可以由相对较柔韧的材料形成。多个偏斜结构可以形成在底层的表面处。例如，偏斜结构可以包括微结构、纳米结构和/或光栅。偏斜结构可以形成为向上把电磁辐射偏斜出底层。偏斜出底层的电磁辐射可以穿过在其上的层并且泄漏出光触摸板。偏斜结构还可以形成为使得从对象返回到光触摸板的电磁辐射偏斜为通过全内反射限制在底层内。

辅助波导层可以光耦合至少一个检测器(例如一个检测器、两个检测器、三个检测器、四个检测器等)并且可以导向限制在底层内的电磁辐射到至少一个检测器使得具有可指示与对象相关的信息的一个或者多个属性的电磁辐射到达至少一个检测器。基于通过至少一个检测器的电磁辐射的检测，可以确定与对象相关的信息。与对象相关的信息可以包括位置信息、对象类型信息和/或其他信息。辅助波导层可以形成为使得在距离光耦合到辅助波导层的至少一个检测器更远处偏斜到和偏斜出底层的电磁辐射量可以增加。

附图说明

图1是根据本发明的一个或者多个实施方式的光触摸板的示例性示图。

图2是根据本发明的一个或者多个实施方式的光触摸板的示例性示图。

图3是根据本发明的一个或者多个实施方式的光触摸板的示例性示图。

图4是根据本发明的一个或者多个实施方式的光触摸板的示例性示图。

图5是根据本发明的一个或者多个实施方式的光触摸板的示例性示图。

图6是根据本发明的一个或者多个实施方式的光触摸板的示例性示图。

图7是根据本发明的一个或者多个实施方式的光触摸板的示例性示图。

图8是根据本发明的一个或者多个实施方式的偏斜结构的示例性示图。

图9是根据本发明的一个或者多个实施方式的光触摸板的示例性示图。

图10是根据本发明的一个或者多个实施方式的光触摸板的示例性示图。

图11是根据本发明的一个或者多个实施方式的触摸板系统的示例性示图。

具体实施方式

图1示出了根据本发明的一个或者多个实施方式的光触摸板110的横截面。如图1所示，触摸板110可以包括多层波导112、至少一个检测器115、以及一个或者多个附加层。在一些实施中，多层波导112可以光耦合到至少一个检测器115。光触摸板110可以安装在显示屏116上。显示屏116可以包括电子显示屏(例如CRT显示屏、LCD显示屏、微镜显示屏等)或者其他类型显示屏。在一些实施中，显示屏116可以包括基础对象，其不发射电磁辐射。例如，显示屏116可以包括光触摸板110可以部署于其上方的印刷图像，或者显示屏116可以提供用于安装光触摸板110的表面，其不包括图像或者电子显示屏。可以存在显示屏116的其他形式。

在一些实施中，多层波导112可以包括至少一个具有第一折射率的第一波导层118，和具有第二折射率的第二波导层120。第一波导层118可以部署为面对光触摸板110的外表面122。在一些实例中，第一波导层118可以提供光触摸板110的外表面122。第一折射率可以选为使得可以在第一波导层118和周围大气之间的外表面122处形成全内反射镜(“TIR镜”)124(例如第一折射率可以大于1)。第二折射率可以选为小于第一折射率使得可以在第一波导层118和第二波导层120之间的边界处形成TIR镜126(例如第二折射率可以选为小于第一折射率)。第一波导层118和/或第二波导层120可以光耦合到至少一个检测器115。

根据各种实施，一个或者多个附加层可以包括辅助波导层114。辅助波导层114可以包括第一边界层128、底层130以及第二边界层132。第一边界层128可以部署为在与外表面122相对的多层波导112的一侧上与多层波导112相邻。第二边界层132可以部署为接近于显示屏116。底层130可以部署在第一边界层128和第二边界层132之间。第一边界层128和第二边界层132可以具有第三折射率。底层130可以具有第四折射率。第三折射率可以选为使得可以在第一边界层128和第二波导层120的边界处形成TIR镜134(例如第三折射率可以小于第二折射率)。第四折射率可以选为使得可以在第一边界层128和底层130之间形成一个TIR镜136并且可以在底层130和第二边界层132之间形成另一TIR镜138(例如第四折射率可以选为小于第三折射率)。辅助波导层114可以光耦合到至少一个检测器115。在一些这样的实例中，底层130可以光耦合到至少一个检测器115.如图1所示，一个或者多个偏斜结构140可以形成在底层130内。一个或者多个偏斜结构可以具有低于第四折射率的折射率。第一边界层128和第二边界层132可以具有不同的折射率，而这些相应折射率可以仍选择为维持TIR镜136和138。

在一些实例中，辅助波导层114可以直接层压到显示屏116。例如，第二边界层132可以直接层压到显示屏116。例如，在一个实施中，第二边界层132可以由溶胶-凝胶形成，并且第二边界层132的折射率可以选为使得玻璃层变为光触摸板110内的功能“层”，其中玻璃层提供第二边界层132有效地安装于其上的显示屏116的表面。在本实施中，可以在与第二边界层132相对的包含在显示屏116中的玻璃层的表面和显示屏116内的空气之间的边界处形成附加的TIR镜。这可以使得将附加的“波导层”结合到光触摸板110中(包含在显示屏116中的玻璃层)而不增加光触摸板110的尺寸(例如，形状因子等)。

在其他实施中，辅助波导层114可以形成为无需第二边界层132并且底层130可以直接层压到显示屏116。然而，在这些实施中，第四折射率必须足够高从而在底层130和显示屏116之间形成TIR镜138。直接层压辅助波导层114到显示屏116使得光触摸板的表面(例如，所示与显示屏116接触的第二边界层132的表面)直接邻接显示屏116，而不是安装光触摸板110到显示屏116使得空气层形成于其间，可以改进光触摸板110的一个或者多个方面。

例如，直接层压光触摸板110到显示屏116可以改进光触摸板110的坚固性，可以使得光触摸板110具有较薄的形状因子，可以减小多层波导112内的高差值折射率边界的量(例如，具有相当不同折射率的两种物质(诸如空气和玻璃，或者空气和聚合物)之间的边界)，和/或改进光触摸板110的其他方面。更特别地，减小光触摸板11内高差值折射率边界的数量可以减小光触摸板110内通过显示屏116发射的电磁辐射的反射。减小的反射可以有效地提高显示屏116的对比度和分辨率。附加地，光触摸板110的形状因子的薄度可以确保光触摸板110内的电磁辐射的任何反射可以非常贴近于显示屏116。这可以减小通过光触摸板110内每个不期望的电磁辐射的反射引起的图像对比度和分辨率的劣化。通过减小光触摸板110内不期望的电磁辐射的反射的量，以及减小与剩余反射相关联的消极影响，可以改进由显示屏116显示和/或发射的图像的易读性、亮度、视角、功率消耗和/或其他特征。例如，用于PDA和/或其他移动设备的传统透射兼反射(transflective)LCD中显示屏功率预算可以比基于电阻式触摸的标准解决方案提高30-50％。这些节省可能部分由于较小菲涅耳损耗和吸收结构的实质缺乏。图像质量可以大大提高，并且这种改进可以抵消从背后照明到正面照明的变化。这可以增加大约66％的附加显示功率并且基本无图像劣化。无图像质量劣化的组合显示功率预算节省可以达到76-83％，其在缺乏电力应用诸如移动设备中尤其有用。功率预算中的其他改进可以通过使用例如环境辐射自动补偿等而获得，并且几乎没有图像质量牺牲。

应该理解到图1中所示的光触摸板110的实施不意味着限制关于光触摸板110内的层的配置(例如，可以添加附加层，和/或可以省略所述的一些层)。这样，出于示出目的，在下文描述中多层波导112的工作的基本原理针对这样的实施来解释，其仅包括图1中所示的层的一些从而简化对所示和所描述的层的功能中的一些的解释。例如，图2-4示出了根据一个或者多个实施的多层波导112的功能中的一些，其中辅助波导层114从光触摸板110省略掉。然而，从提供的描述应该理解，在光触摸板可以包括辅助波导层114的实施中，诸如那些类似于图1中所示的实施的实施中，从光触摸板110省略掉辅助波导层114可以不实质影响实施中多层波导110的工作。

图2示出了多层波导112的简化示例从而示出本发明的某些方面。如图2所示，多层波导112包括第一波导层118和第二波导层120。可以使用其他层。第二波导层118可以直接安装(例如层压)到显示屏116。层压第二波导层120到显示屏116可以提供上述直接层压光触摸板110到显示屏116的一些或者全部益处(以及额外益处)。

在对象210和表面122之间不存在接触的情况下，从显示屏116(或者其他支撑结构)发射的电磁辐射可以前进出光触摸板110。然后从光触摸板110出射的电磁辐射可以入射到阅读者从而使得阅读者“看见”由显示屏116显示或者发射的图像。

在一些实施中，当对象210(例如触笔、手指等)与光触摸板110的表面122进行接触时，电磁辐射212(例如，由显示屏116发射并且透射经过表面122的辐射，从光耦合到多层波导112的外围的发射器发射到多层波导112的电磁辐射等)可以与对象210相互作用(例如反射、反向散射等)使得由于对象210和表面122之间的接触，电磁辐射212的一部分可以分散以及返回到多层波导112(示出作为返回的电磁辐射214)。返回的电磁辐射214可以包括电磁辐射216，其可以以大于TIR镜126的临界角的入射角入射到TIR镜126上。如图所示，然后电磁辐射216可以全内反射到TIR镜124，在该处电磁辐射216可以再次全内反射。这样，通过TIR镜124和126之间的全内反射，电磁辐射216可以通过第一波导层118引导到至少一个检测器(例如图1中的检测器115)。基于通过至少一个检测器115的电磁辐射216的检测，可以确定相对于表面122(例如在表面122的平面中)的与对象210相关的位置信息。例如，相关于对象210的位置信息可以基于国际专利申请No.PCT/DK2004/000595、No.PCT/DK2004/00165、No.PCT/DK2004/000596、No.PCT/DK2003/00155中所述的三角测量方法而确定，其中这些申请通过参考在此并入本申请中。可以使用其他检测技术。

各种其他实施方式运用这些基本原理从而实现本发明的其他方面。这些其他实施方式的特征可以单独使用或者结合使用。例如，如图3所示，表面污染的影响可以去除或者减小。在图4中，多层波导112可以具有区分与不同类型对象210相关联的多层波导112内和/或其上的不同入射角的电磁辐射的属性。在图5中，多层波导可以包括第一波导层118，其包括多个层从而改进以高入射角电磁辐射到多层波导中的引入。在图6-9中，光触摸板110可以包括辅助层114，附加地或者作为多层波导112的替代，从而实现与贴近于或者与光触摸板110的表面122相接触的对象相关的信息的检测。在图10中，空气层可以包含在光触摸板110中从而在其中提供一个或者多个TIR镜。在图11中，光触摸板110可以包含在光触摸板系统中，该光触摸板系统确定与贴近于或者与光触摸板110相接触的对象相关的信息。

参见图3，在常规使用期间，一个或者多个表面污染物310可能驻留在光触摸板110的表面122上。例如，表面污染物可能包括油、油脂、水和/或可能溅出、涂抹、凝结和/或沉积在表面122上的其他污染物。污染物210可以使得通过在TIR镜124和126处的全内反射通过多层波导112引导到至少一个检测器115的电磁辐射从多层波导112“泄漏”。这种泄漏可能抑制基于电磁辐射216的位置信息(或者其他信息)的确定。更特别地，如图3所示，在这种实例中，入射到污染物218相对的TIR镜124上的电磁辐射216可以通过TIR镜124穿过多层波导112进入污染物210。这种泄漏经常发生，因为污染物210的折射率可以大于空气(1)的折射率，并且因此可以增大TIR镜124的临界角。

一些可以变为淀积在TIR镜124上的污染物材料可以具有大约1.3的折射率。在一些实施中，第一折射率和第二折射率可以选为基本上消除由于在表面122上存在这种污染物而使电磁辐射从第一波导层118内“泄漏”。例如，第二折射率可以选为大于一个或者多个污染物期望的折射率，并且第一折射率可以选为大于第二折射率，从而形成TIR镜124和126。

例如，为了基本上消除由于油、油脂、水和/或具有大约1.3折射率的其他污染物的“泄漏”，第二折射率可以是1.35并且第一折射率可以是1.5。在这些配置中，在存在污染物(例如污染物210)的位置中，TIR镜126的入射角将大于TIR镜124的入射角。这样，通过在TIR镜126处全内反射限制在多层波导112内的电磁辐射的大多数(如果不是全部)还将在与污染物相对的TIR镜124上的位置处全内反射。

用于第一和第二折射率的指定值的描述仅是示例性的，并且仅旨在用于说明目的。进一步，尽管用于过滤通过表面污染物引起的噪声的这种折射率的选择已经针对图2和图3中所示的光触摸板112的配置而进行了描述，但是相同的原理可以应用于其他配置，诸如图1中所示或者这里所述的光触摸板112的配置。

图4示出了可以在一个或者多个实施中使用的多层波导112的另一特征。如图4所示，第一和第二折射率可以选为使得可以在第二波导层120和显示屏116之间形成TIR镜134(例如，第二折射率可以大于显示屏116的折射率)。在这种实施中，当对象410与光触摸板110的表面122接触时，电磁辐射412(例如通过显示屏116发射并且透射通过表面122的电磁辐射，通过一个或者多个光耦合到光触摸板110的外围的发射器发射的电磁辐射等)可以与对象328相互作用(例如反射、背向散射等)使得电磁辐射412的一部分可以通过TIR镜124传播以及返回到多层波导112(示出作为返回的电磁辐射414)。然后返回的电磁辐射414可以变为入射到TIR镜126上。

基于对象410的折射率，TIR镜126上返回的电磁辐射414的最大入射角可以变化。例如，在对象(例如触笔)410的折射率相对较高的实例中，电磁辐射414的最大入射角可以相对较大(示出作为电磁辐射416)。在对象410(例如人体组织)的折射率相对较低的实例中，电磁辐射414的最大入射角可以相对较小(示出作为电磁辐射418)。第一和第二折射率可以选为使得如果对象410是第一对象类型，则电磁辐射414可以包括在TIR镜126处反射的电磁辐射416，而如果对象410是第二对象类型，则基本上所有电磁辐射414将是穿过TIR镜126的电磁辐射418。

例如，在这种实例中，如果对象410是相对较高折射类型(例如触笔)，则电磁辐射414可以包括以大于TIR镜126的临界角入射在TIR镜126上的电磁辐射416。然后电磁辐射416可以通过TIR镜126全内反射，并且变为通过全内反射限制在第一波导层118内。然后第一波导层118可以引导电磁辐射416到至少一个检测器115。然而，如果对象410是相对较低折射类型(例如人体组织)，则电磁辐射414可以基本上由以小于TIR镜126的临界角入射TIR镜126的电磁辐射418组成。

在这种实施中，第二折射率可以选为使得电磁辐射418的一部分可以通过TIR镜134全内反射回第一波导层118。这种电磁辐射418还可以通过多层波导112，通过TIR镜124和TIR镜134之间的内反射，被引导到至少一个检测器115。限制在TIR镜124和126之间的电磁辐射416可以以与限制在TIR镜124和134之间的电磁辐射418不同的“反弹角”到达至少一个检测器115。在一些实例中，至少一个检测器115可以包括能够确定进入的电磁辐射的反弹角的方向检测器从而实现与对象410相关的对象类型信息的确定。

在其他实例中，至少一个检测器115可以包括分别光耦合到第一波导层118和第二波导层120中每个的一个或者多个检测器。在这些实例中，通过光耦合到第二波导层120的一个或者多个检测器检测的电磁辐射的量可以与通过光耦合到第一波导层118的一个或者多个检测器检测的电磁辐射的量相对比。如果对象410包括相对较高折射对象，则通过光耦合到第一波导层118的一个或者多个检测器检测的电磁辐射的量可以大于通过光耦合到第二波导层120的一个或者多个检测器检测的电磁辐射的量。然而，如果对象410包括相对较低折射对象，则可以不是这种情况。在其他实施中，可以使用用于区分引导到至少一个检测器的电磁辐射的其他方法。

另外，可以根据通过至少一个检测器115接收的电磁辐射416和/或418确定与对象410相关的位置信息。例如，位置信息可以以国际专利申请No.PCT/DK2004/000595、No.PCT/DK2004/00165、No.PCT/DK2004/000596、No.PCT/DK2003/00155中所描述的方式来确定，上述申请通过参考并入本申请中。尽管为了改进位置信息的确定的准确度，在确定位置信息之前，在对象410包括相对较高折射对象的实例中，可以从通过光耦合到第一波导层118的一个或者多个检测器检测的电磁辐射的量中减去通过光耦合到第二波导层120的一个或者多个检测器检测的电磁辐射的量。

根据本发明的各种实施，第三波导层(未示出)(或更多)可以包含在多层波导112中。第三波导层可以部署于第二波导层120和显示屏116之间，并且可以具有选定折射率使得形成TIR镜134(例如第三波导层的折射率可以低于第二折射率)。

在其他非限制实施中，上面关于图4描述的多层波导112可以配备在具有辅助波导层114的光触摸板110中。在这种实例中，第三折射率可以低于第二折射率使得可以在第二波导层120和辅助波导层114之间形成TIR镜134(如图1所示)。

在一些类似于关于图2-4所示和描述的那些的实施中，多层波导112可以包括第一波导层118，而第二波导层120可以通过包含在显示屏116中的玻璃层形成(例如提供在电子显示设备上的玻璃片)。当玻璃层形成第二波导层120时，玻璃层和显示屏116内部的空气之间的边界可以形成TIR镜134。这可以降低光触摸板110的形状因子，降低光触摸板110内的反射，和/或降低光触摸板110中剩余的反射的消极影响。如上所述，减小形状因子，降低光触摸板110内的反射，和/或降低光触摸板110中剩余的反射的消极影响，可以改进通过显示屏116显示的和/或发射的图像的易读性、亮度、视角、功率消耗和/或其他特征。为了使用包含在显示屏116中的玻璃层作为第二波导层120，第一波导层118可以从具有1.3-1.35的第一折射率的溶胶凝胶层形成。

在一些实施中，第一波导层118可以形成为使得提高通过对象而实现的电磁辐射到多层波导112中的返回，和/或提供一个或者多个附加属性(例如抗刮性属性、疏水性属性、亲水性属性、抗反射性属性等)。例如，图5示出了根据本发明的一个或者多个这种实施的光触摸板110，包括多层波导110和辅助波导层114。如图5所示，多层波导112可以包括第一波导层118，其包括外部层510和内部层512。外部层510可以形成光触摸板110的表面122，并且内部层512可以部署为在外部层510与表面122相对的侧上直接相邻于外部层510。在一些实例中，外部层510可以由相对较硬、有弹性的材料制成，而内部层512可以由相对较软、柔韧的材料制成。例如，内部层512可以从具有足够柔软性和海绵性(以适当的方式记忆和恢复原始形状的能力)的透明或者半透明硅树脂形成，和/或从一种或者多种其他透明或者半透明聚合物形成。这种配置可以实现通过触笔514(或者相对较硬对象)施加到外部层510的外力通过创建外部层510中的凹痕516到内部层512中而使外部层510变形。然而，内部层512的相对柔韧的成分可以实现外部层510的变形通过内部层512的压缩来支持。

在一些实施中，为了向光触摸板110提供抗反射属性、抗炫目属性、亲水性属性、疏水性属性、和/或其他属性，提供这些属性中一个或者多个的涂层可以在表面122处施加到第一波导层118。例如，有斑点的低折射率抗炫目涂层(例如溶胶凝胶涂层等)可以施加到第一波导层118。涂层可以通过喷墨打印施加，并且可以利用由疏水性区域包围亲水性区域而形成从而控制斑点的精确形成。涂层可以具有类似于诸如油脂和水的污染物的折射率，因为与这种涂层相关联的任何光噪声可以被过滤掉(例如，如上所述)，否则考虑、和/或忽略。

根据一些实施，内部层512可以相对较薄，并且可以具有相对较高的邵氏值，从而限制与触笔514接触的外部层510的移动。例如，商业可用半透明聚合物诸如聚碳酸酯、丙烯、ABS、PVC、PE、尼龙、和/或其他聚合物可以用于形成内部层512。较高邵氏值可以分布通过触笔514施加的力于较大区域上，并且支持外部层510使得凹痕516可以利用较宽凸缘来形成并且结果对于外部层510有较小压力。

在各种实施中，外部层510可以由较薄层形成，其可以是等离子体沉积的，使用溶胶凝胶沉积的，作为具有多个层的薄膜粘附在多层波导112上的，或者否则提供到多层波导112。在一些实施中，由Nanon研发的低温Softplasma^TM沉积工艺可以用于粘附外部层510到内部层512。在这种实例中，Nanon的Softplasma^TM工艺可以制备内部层512以接受外部层510，其包括一个或者多个溶胶凝胶涂层以及或者粘合剂。经由这些同样的工艺，表面122可以通过控制共价结合而提供有疏水性或者亲水性特征。表面122处的疏水性表面特征可以抑制污渍和水粘附于表面122。表面122处的亲水性表面特征可以抑制油脂的沉积，因为油脂是疏水性的，并且不容易粘附。额外地，表面122可以提供有一个或者多个抗刮性特征。

为了通过在TIR镜124和126处全内反射有效引导电磁辐射，外部层510和内部层512可以是折射率匹配的。另外，如上所述，波导层406(并且因此，外部层510和内部层512)的折射率可以是相对较高折射。在一些实施中，波导层可以包括部署在内部层512和TIR镜126之间的一个或者多个附加层(未示出)。一个或者多个附加层可以是与外部层410和内部层412折射率匹配的。

例如如图5中所示，由于外部层510中的凹痕516，在多层波导112内行进的电磁辐射518(例如从显示屏116向表面122发射的电磁辐射、通过光耦合到光触摸板110的外围的一个或者多个发射器所发射的电磁辐射)可以与触笔514相互作用(示出作为电磁辐射520)，并且返回到多层波导112，并且到TIR镜126的入射角高于如果触笔514和表面122之间存在接触但无凹痕516的情况。不同入射角的检测可以促进以上述方式基于通过多层波导112引导到至少一个检测器115的电磁辐射的对象类型信息的确定。

包含在此描述的多层波导112的层的属性中的多个可以减小通过全内反射限制在多层波导112内的电磁辐射中的光信号噪声(例如，由于污染物引起的噪声、由于表面刮划引起的噪声等)。多层波导112内的柔韧层的添加(例如图5或者图9中所示的实施)与在此描述的多层波导112的噪声减小属性的一个或者多个相结合可以使得多层波导112可靠地限制高角度中的电磁辐射，而仅当多层波导112的拓扑中发生改变时允许电磁辐射进入和/或离开多层波导112(例如当来自触摸的点的压力使柔韧的第二波导层120变形，在多层波导112中形成凹痕时)。这可以改进出现在多层波导112内承载的电磁辐射中的信号与噪声关系。

图6是根据一个或者多个实施的光触摸板110的示例性示图。图6具体示出了这样的光触摸板110的实施，其中当对象610与表面122相接触时，以及当对象610贴近于表面122(例如“悬浮”在表面122上方)时，可以确定与对象610相关的信息。与对象610相关的信息可以包括关于表面122的平面中和/或与表面122垂直的平面中的对象610的位置与对象610相关的位置信息。

在图6示出的实施中，通过TIR镜136和138之间的全内反射限制在底层130中的电磁辐射可以导向到耦合到底层130的至少一个检测器(例如，图1中的至少一个检测器115)。基于此电磁辐射的检测，可以确定与对象610相关的信息。

例如，如图7所示，偏斜结构140可以用于使通过对象(例如图6中的对象610)已经返回到光触摸板的辐射向至少一个检测器115偏斜。例如电磁辐射712可以以大于偏斜结构140和底层130之间的临界角的入射角入射在偏斜结构140的表面上。在这种情况下，电磁辐射712可以通过偏斜结构140全内反射使得电磁辐射通过TIR镜136和138之间的全内反射变为限制在底层130内。作为另一示例，电磁辐射714可以变为以小于偏斜结构140和底层130之间的临界角的入射角入射在偏斜结构140上使得电磁辐射714可以在其间的边界处弯曲。然后电磁辐射714可以穿过偏斜结构140回到底层130，再次在其间的边界处弯曲，以通过在TIR镜136和138之间的全内反射限制电磁辐射714的角度。

参见图8，当电磁辐射810(例如，通过光耦合到光触摸板110外围的一个或者多个发射器发射的电磁辐射)通过TIR镜134和136之间全内反射在底层130内行进时(例如电磁辐射714、712和/或714等)，电磁辐射810的一部分(示出作为电磁辐射812)可以通过以略微小于TIR镜136和138的临界角的角度通过偏斜结构140而偏斜出底层130。这种电磁辐射812可以从光触摸板110发射出从而变为入射到位于贴近于表面122(例如，悬浮在表面122上方)的对象814上。如图8中所示，电磁辐射812的一部分(示出作为电磁辐射816)可以与对象814相互作用(例如，反射、背向散射等)并且返回到光触摸板110。电磁辐射816可以以使得电磁辐射816以上述方式之一通过全内反射限制在底层130内的入射角返回到光触摸板110。然后电磁辐射816可以引导到至少一个检测器115使得基于电磁辐射816的检测，可以确定与对象814相关的信息(例如位置信息、对象类型信息等)。例如，位置信息可以通过三角测量法来确定。与对象(例如，悬浮对象或者与光触摸板110相接触的对象)相关的对象类型信息可以基于通过至少一个检测器115检测的电磁辐射的相对强度来确定。

当电磁辐射行进在底层130中，在TIR镜134和136处全内反射，在底层130和边界层128和132之间的边界处不完美可能导致“边缘反射”。这些不完美引起的边缘反射可能导致相对较小量的电磁辐射的不期望的、非理想的、散射和/或反射。为了减小从这些边缘反射导致的噪声，可以在TIR镜134和/或136处使用吸收和/或偏斜机制。例如，吸收涂层可以施加在边界层128和底层130之间和/或边界层132和底层130之间。

应该理解到尽管在图7和图8中辅助波导层114的总体操作和功能已经在包括多层波导112的光触摸板110的实施中进行了阐述，但是其不旨在作为限制。存在这样的一些实施，其中光触摸板110可以不包括多层波导112，而是替代地包括辅助波导层114(例如在一些覆盖有保护层(诸如玻璃层)的实例中)而无需多层波导112。附加地，可以在多层波导112和辅助波导层114之间提供另一层。在一些实施中，用于引导电磁辐射到至少一个与其光耦合的检测器的底层130的使用可以使得多层波导112包括以不同于上述那些的布置具有不同折射率的波导层(例如针对距离表面122更远的波导层而具有下降的折射率)。

例如，图9示出了包含多层波导112和辅助波导114的光触摸板110的实施，其中多层波导112可以包括第一波导层118、第二波导层120、以及第三波导层910。第三波导层910可以形成在第二波导层120和第一波导层128之间。第三波导层910可以具有大于第二折射率的第三折射率。这可能在第二波导层120和第三波导层910之间引起TIR镜912，并且可能引起在第三波导层910和第一边界层128之间形成TIR镜134。

当对象914接触表面122时，电磁辐射916(例如，通过显示屏116发射并且透射通过表面122的辐射，通过光耦合到光触摸板110的外围的一个或者多个发射器发射的电磁辐射等)可以与对象914相互作用(例如反射、背向散射等)使得电磁辐射916的一部分借助于对象914和表面122之间的接触可以被分散以及返回到多层波导112(示出作为返回的电磁辐射918)。返回的电磁辐射918可以包括电磁辐射920，其可以以大于TIR镜126的临界角的入射角入射在TIR镜126上。通过TIR镜124和126处的全内反射，电磁辐射920可以引导到光耦合到第一波导层118的至少一个检测器115。

在图9所示的实施中，第一波导层118和第三波导层910可以由一种或者多种相对较硬、刚性材料形成，并且第二波导层120可以由相对较软、柔韧的材料形成。这样，对象922可以接触表面122使得由对象922施加的力可以使得多层波导112变形。更特别地，由对象922施加的力可以引起第一波导层118中的凹痕924，其可以压缩第二波导层120。由于对象922和表面122之间的接触，电磁辐射916的部分可以返回到多层波导112作为电磁辐射918。由于凹痕924在第一波导层118中的出现，电磁辐射918的一部分可以以大于第三波导层910和第一边界层128之间的临界角的到多层波导112的入射角穿过第一波导层118进入第二波导层120(示出作为电磁辐射926)。电磁辐射926可以变为限制在第三波导层910内，并且可以引导到与其耦合的至少一个检测器115。

可以确定第一波导层118、第二波导层120和/或第三波导层910的相对硬度/软度，以及第一、第二和第三折射率从而使得光触摸板能够区分不同的对象类型(例如，对象922的对象类型和对象922的对象类型)。更特别地，第一波导层118、第二波导层120和/或第三波导层910的这些属性可以选为使得当较软对象接触表面122时，凹痕924可能不形成使得可以实现电磁辐射926穿过TIR镜126，而与较硬对象的接触可以创建凹痕924。这样，通过确定由至少一个检测器115接收的电磁辐射是否包括通过全内反射限制在第三波导层910内的电磁辐射926，可以确定对象(例如对象922、对象914等)的对象类型。由至少一个检测器115检测的电磁辐射918和/或电磁辐射926也可以通过上述方法之一支持相关于与表面122接触的对象的位置信息。

在图9中所示的多层波导112的配置中包含辅助层114不旨在作为限制。然而，在包含辅助层114的实施中，辅助层114可以支持与贴近于但不与表面122接触的对象930相关的信息。例如，辅助层114可以以上面关于图8描述的方式工作，从而引导电磁辐射到至少一个检测器115，从而支持与对象930相关的位置信息、或者其他信息的确定。

例如，图10示出了根据一个或者多个实施的包括多层波导110和底层130之间的空气层1010的光触摸板110。空气层1010可以包括由支撑结构1014提供的一个或者多个空气穴1012，所述支撑结构1014支撑辅助波导层114上的多层波导112。在这种实施中，空气层110可以形成TIR镜134，并且可以形成空气层110和边界层128之间的TIR镜1016。支撑结构1014还可以提供多层波导112和较低表面(例如表面辅助波导层114)之间的接触点，电磁辐射的相对较小部分通过所述接触点可以进入并且变为通过全内反射限制。然后此电磁辐射可以以各种不同角度穿进多层波导112，所述角度包括可以使得电磁辐射能够从悬浮在表面122上方的对象(未示出)返回到光触摸板110的角度，如上所述。如图所示，支撑结构1014可以是锥形的，并且可以定向为使得较小侧1018可以部署为朝向显示屏116，而较大侧1020可以部署为朝向表面122。在其他实施中，可以翻转此定向，然而，这些实施可以减小通过支撑结构1014引起的噪声的同时，它们还可以减小可以用于确定与悬浮对象相关的信息的电磁辐射的量。

在一些实施中，扩散层1022可以包括扩散结构1024。扩散结构1024可以扩散从显示屏116发射的电磁辐射从而抑制一个或者多个不期望的光学伪象。例如，不期望的光学伪象可以包括解消光耦合、牛顿环、磨损、莫尔干涉条纹或者其他不期望的光学伪像。扩散结构1022可以包括抗反射纳米结构。

图11是用于确定与对象相关的信息的1110的示例性示图。例如，1110可以确定对象的位置信息(例如，位置、速度、加速度、加加速度等)、对象的对象类型、和/或与对象相关的其他信息。1110可以包括显示设备1112、光触摸板1110、设备1114、和/或其他组件。1110可以实现与光触摸板1110的表面122相接触的对象的对象类型、关于表面122的对象的位置信息、和/或其他信息的确定。

在一些实施中，光触摸板110可以安装在显示设备1112的图像形成显示屏116的上方，使得通过显示屏116发射的用于形成图像的电磁辐射可以透射通过光触摸板110，使得用户可以浏览图像。例如，如上所述，光触摸板110可以直接层压在显示屏116上。显示设备1112和显示屏116包括但不限制于电子显示屏，诸如平板显示屏以及其他基础对象。例如，诸如汽车仪表盘、玩具、标志、ATM、家用电器的基础对象和/或其他基础对象可以用作显示设备1112和显示屏116。光触摸板110可以安装在显示屏116的一部分的上方，可以安装于整个显示屏116上方，可以安装为重叠显示屏116的边界的一个或者多个，或者安装到显示屏116。

根据本发明的各种实施，光触摸板110可以包括至少一个检测器115(其可以可操作地耦合到设备1114)。如上所述，光触摸板110可以引导已经入射在对象上的电磁辐射的一部分到至少一个检测器115。至少一个检测器115可以基于接收的电磁辐射产生一个或者多个信号。更特别地，在一些实例中，一个或者多个信号可以表示电磁辐射的一个或者多个属性(例如，反弹角、强度等)。一个或者多个信号可以通过其间的可操作耦合从检测器115传输到设备1114，并且设备1114可以基于一个或者多个信号确定与对象相关的信息。

Claims

1.一种用于确定对象关于光触摸板的外部表面的位置的光触摸板，所述光触摸板包括：

多层波导，包括：

第一波导层，所述第一波导层具有第一折射率，所述第一波导层提供所述光触摸板的外部表面，所述第一折射率选择为可以在所述第一波导层和周围大气的边界处形成第一全内反射镜；

第二波导层，所述第二波导层具有第二折射率，所述第二折射率选择为小于所述第一折射率，从而可以在所述第一波导层和所述第二波导层的边界处形成第二全内反射镜；以及

多层波导设计为通过全内反射引导电磁辐射到至少一个检测器从而使得检测器确定对象关于外部表面的位置，

其中所述第一波导层包括相对刚性层，所述相对刚性层包含所述光触摸板的外部表面，和直接相邻于相对刚性层的相对柔韧层，并且其中当外力施加到所述相对刚性层从而使得所述相对刚性层变形到相对柔韧层时，所述相对柔韧层压缩而基本上不对所述多层波导内的任何其他层施压；

或者

其中所述第一波导层包括相对刚性层，所述相对刚性层包含所述光触摸板的外部表面，其中所述第二波导层包括相对柔韧层，并且其中当外力施加到所述第一波导层从而使得所述第一波导层变形到所述第二波导层时，所述第二波导层压缩而基本上不使所述多层波导内的任何其他层发生形变。

2.根据权利要求1所述的光触摸板，其中所述相对刚性层和相对柔韧层是折射率相匹配的以通过在第一和第二全内反射镜处的全内反射，有效地引导电磁辐射。

3.根据权利要求1所述的光触摸板，其中所述多层波导定位为用于：i)从与所述外部表面接触的对象接收电磁辐射，所述对象是具有第一折射特征的第一类型对象或者具有第二折射特征的第二类型对象中的至少一个；以及ii)通过全内反射引导接收的电磁辐射到所述至少一个检测器使得处理器接收来自所述至少一个检测器的至少一个信号并且确定对象的类型是第一类型还是第二类型。

4.根据权利要求3所述的光触摸板，其中所述折射特征与由所述对象折射的电磁辐射的反弹角相关。

5.根据权利要求1所述的光触摸板，其中所述多层波导进一步包括一个或者多个附加波导层，每两个波导层形成全内反射镜，并且其中每个附加波导层具有与所述多层波导内的其他波导层的折射率不同的折射率。

6.根据权利要求5所述的光触摸板，其中所述波导层在所述多层波导中按照折射率布置，具有最高折射率的波导层部署为最靠近所述光触摸板的外部表面并且具有最低折射率的波导层部署为最远离外部表面。

7.根据权利要求1所述的光触摸板，其中所述光触摸板的外部表面包括抗炫目属性，以及其中斑点低折射率抗炫目涂层施加到所述光触摸板的外部表面。

8.根据权利要求1所述的光触摸板，进一步包括由支撑所述多层波导的结构所支撑的空气层，该空气层形成在所述多层波导和所述光触摸板的一个附加层之间。

9.根据权利要求8所述的光触摸板，其中所述光触摸板进一步包括部署在空气层中的抗反射纳米结构。

10.根据权利要求8所述的光触摸板，其中附加角度选择全内反射镜形成在与所述第二波导层相对的所述空气层的一侧上。

11.根据权利要求10所述的光触摸板，其中所述光触摸板包括部署在所述第二波导层和所述空气层之间的扩散层。

12.根据权利要求10所述的光触摸板，其中所述光触摸板包括一个附加全内反射镜，该附加全内反射镜形成所述光触摸板与所述光触摸板的外部表面相对的表面，并且其中所述附加全内反射镜可直接安装在显示屏上。

13.根据权利要求1所述的光触摸板，其中与所述光触摸板的外部表面相对的所述多层波导的表面接触显示屏的表面使得在所述多层波导的表面和所述显示屏的表面之间形成全内反射镜。

14.根据权利要求1所述的光触摸板，其中所述检测器包括定向检测器。

15.根据权利要求1所述的光触摸板，其中所述多层波导直接安装到显示屏使得在与所述光触摸板的外部表面相对的所述多层波导的表面和所述显示屏之间形成全内反射镜。

16.根据权利要求1所述的光触摸板，其中所述多层波导直接安装到结合地包含在显示屏中的基本上透明衬底的外表面使得所述基本上透明衬底形成能够通过全内反射在所述基本上透明衬底内引导电磁辐射的波导层，所述全内反射发生在形成在所述多层波导和所述基本上透明衬底的外表面之间的边界处的全内反射镜和形成在所述基本上透明衬底的内表面和所述显示屏内空气之间的边界处的全内反射镜的一个或者两者处。

17.一种用于确定对象关于光触摸板的外部表面的位置的光触摸板系统，包括：

多层波导，包括：

至少一个检测器用于接收来自所述多层波导的至少一个层的电磁辐射并且产生与所述对象关于所述光触摸板的外部表面的位置有关的信号；

所述多层波导定位为用于：i)接收电磁辐射，所述电磁辐射具有由对象关于所述光触摸板的外部表面的接触所影响的特征；以及ii)通过全内反射引导所述接收的电磁辐射到所述至少一个检测器；以及

处理器，其从所述至少一个检测器接收所述至少一个信号并且确定关于所述对象的位置信息。

18.一种用于确定对象关于光触摸板的表面的位置的方法，所述方法包括：

透射电磁辐射通过所述光触摸板的表面；

接收所述电磁辐射的一部分，其由所述对象背向散射和/或反射到多层波导，所述多层波导包括具有第一折射率的第一波导层和具有第二折射率的第二波导层；

通过所述第一波导层内或所述第一波导层和第二波导层内的全内反射引导所述接收的电磁辐射到至少一个检测器；

基于通过全内反射引导到所述至少一个检测器的所述电磁辐射确定所述对象关于所述光触摸板的位置。

19.根据权利要求18所述的方法，进一步包括基于引导到所述至少一个检测器的电磁辐射的特征确定所述对象的对象类型是相对较高折射率对象类型还是相对较低折射率对象类型的步骤。