CN101971064A - 用于触摸屏应用及位置感测系统的反向反射器 - Google Patents

用于触摸屏应用及位置感测系统的反向反射器 Download PDF

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    • G06F3/0428—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means by opto-electronic means by sensing at the edges of the touch surface the interruption of optical paths, e.g. an illumination plane, parallel to the touch surface which may be virtual

Abstract

触摸屏系统和棱镜薄膜包含具有三角形立方角的多个反向反射元件的反向反射基底。金属化层设置在反向反射元件的至少一个部分上。在一个实施例中，棱镜薄膜包含安装在反向反射元件上的两个染色基底。在另一个实施例中，单个基底被安装在反向反射元件上。经常期望选择在红外线谱中高透明度，但在可见光谱中不透明的颜色基底，以为棱镜薄膜提供黑暗的外表。棱镜薄膜包括多个反向反射元件，该反向反射元件具有在面更平行的方向上倾斜大约4度至在边缘更平行的方向上倾斜18度的范围之间的倾斜度以及在大约0.002英寸至0.008英寸之间的立方体深度的三角形立方角，或是具有在边缘更平行的方向上倾斜大约5.5至22度之间且立方体深度在0.0005至0.004英寸之间的三角形立方角，或是具有在边缘更平行的方向上倾斜大约8至35度之间且立方体深度在0.001至0.012英寸之间的三角形立方角。

Description

用于触摸屏应用及位置感测系统的反向反射器
相关应用
本申请要求于2008年1月14日提交的美国第61/020,921号临时申请以及于2008年7月14日提交的美国第61/080,393号临时申请的优先权，上述二者通过参考合并于此。
技术领域
本发明一般地涉及用于检测触摸屏或位置感测系统内对象的位置和因而使用的反向反射或棱镜薄膜的系统和方法。该系统包括具有金属三角形立方角的反向反射元件的棱镜薄膜，该元件为不透明对象与触摸屏和/或位置感测系统之间的对比提供适合的背景；并且该棱镜薄膜在所选部分的电磁谱中高度透明，以便于检测触摸屏应用和/或位置感测系统内的对象。
背景技术
某些涉及触摸屏的位置检测系统感测由不透明对象(如，手指、铁笔等)导致的辐射(如，光)中断。此类系统一般利用辐射发射器发射平行于视场表面穿过触摸屏区域的辐射。辐射接收器用来检测穿过触摸屏区域的辐射，并感测该辐射中由不透明对象导致的任何中断的存在和位置。
如美国4,507,557号专利所公开，反向反射薄片材料可以围绕触摸屏有效区域的外缘设置。该反向反射薄片材料通常被设置成将从起始源接收的辐射反射回到起始源。示例性反向反射薄片材料一般包括一层透明的树脂，例如，丙烯酸、聚碳酸脂或乙烯基，其具有光滑的前表面并且在反面上具有多个反向反射立方角棱镜。入射到光滑的前表面上的光线穿过薄片，照射到反向反射元件，并沿与入射方向成180度的方向被反射回来穿出该光滑的前表面。
在触摸屏应用和/或位置检测系统内使用某些传统反向反射薄片材料的一个问题是脏污和/或湿气问题，其可能会渗透反向反射薄片材料的结构并损害其反向反射能力。在触摸屏应用和/或位置检测系统内使用某些传统反向反射薄片材料的另一个问题是很难遍及整个感兴趣区域(例如，检测区域)获得可与不透明对象形成对比的统一背景。许多传统反向反射薄片材料的设计提供的背景不统一并且具有多个部分，尤其是检测信号非常低的角区域或角区域附近。这使得在此区域中难于检测不透明对象的移动。
发明内容
鉴于上文所述，需要能够提供金属薄片的光学及机械性能益处的反向反射薄片设计。
本发明的一个方面涉及触摸屏系统，其包括：至少一个电磁辐射源，用来在可视区域中的至少一个部分输出电磁辐射；以及设置成接收由棱镜薄膜反射的电磁辐射的摄像机，该棱镜薄膜沿可视区域的至少一个部分的边缘设置，其中棱镜薄膜包括多个反向反射元件，该反向反射元件具有在面更平行的方向上倾斜大约4度至在边缘更平行的方向上倾斜18度的范围之间的倾斜度以及在大约0.002英寸至0.008英寸之间的立方体深度。
本发明的另一个方面涉及棱镜薄膜，其包括：具有多个三角形立方角反向反射元件的反向反射基底；设置在反向反射元件的至少一个部分上的金属化层；设置在反向反射基底的至少一个部分上的第一基底，其中第一基底具有光滑的外表面。
本发明的另一个方面涉及反射薄膜，其包括：具有多个反向反射元件的非固定反向反射基底，该多个反向反射元件具有一个在边缘更平行的方向上倾斜大约4度至18度范围之间且立方体深度大约在0.002至0.008英寸之间的三角形立方角，或是具有一个在边缘更平行的方向上倾斜大约5.5至2度范围之间且立方体深度在0.0005至0.004英寸之间的三角形立方角，或是具有一个在边缘更平行的方向上倾斜大约8至35度范围之间且立方体深度在0.001至0.012英寸之间的三角形立方角。
本发明的另一个方面涉及红外线反射薄膜，其包含：具有多个反向反射元件的棱镜薄膜，该多个反向反射元件具有一个在边缘更平行的方向上倾斜大约4度至18度范围之间且基于使用薄膜的显示尺寸选择的立方体深度的三角形立方角。
上述的本发明内容及本发明其他的特征将在下文中做更充分地描述，并且在权利要求书中具体指出，下文的说明详细地阐述了本发明某些示意性的实施例，然而，这些实施例是指示性的，而不是可以使用本发明原理的几种不同方式。
附图说明
参考西面说明和附图，本发明这些及进一步的特征将显而易见，其中：
图1为根据本发明各方面的触摸屏系统的示意图。
图2为根据本发明图1所示触摸屏系统的截面图。
图3和图4为根据本发明的棱镜薄膜多个实施例的截面图。
图5为图3和图4所示的具有倾斜立方角反向反射元件阵列的棱镜薄膜的平面图。
图6为根据本发明各方面的示例性倾斜立方角反向反射结构的平面图。
图7为图6所示的具有两个倾斜立方角反向反射元件阵列的棱镜薄膜的平面图，其中阵列中的立方角反向反射元件相互之间被旋转90度。
图8为图6所示的倾斜立方角反向反射元件的非固定棱镜薄膜的平面图。
图9为图5沿线9-9的截面图。
图10为根据本发明各方面针对不同三角形立方角的摄像机信号的示例性曲线图。
图11至图18为根据本发明各方面描述为倾斜度(度)和立方体深度(密耳)函数的最小信号/范围的多个示例性曲线图。
图19为本发明棱镜薄膜与传统薄膜材料的示例性对比图。
具体实施方式
在下文的详细说明中，相应的组件使用相同的参考标记，而不考虑他们是否是在本发明不同的实施例中被显示。为了简明清晰地说明本发明，附图可以不必按比例并且某些特征可以在一定程度上以示意图形式被显示。
就本申请而言，某些术语将按照此处的具体定义使用，而其他术语将按照工业常例使用，例如当前ASTM(美国材料与试验协会)定义。
此处使用的术语“立方角元件”(即“立方角棱镜”或“立方角”或“立方角反向反射元件”)包含由三个相互相交的平面所组成的这些元件，其二面角通常大约为90度，但不必精确到90度。
此处使用的术语“立方体形状”是指由主折射线方向上立方体外缘的投影限定的二维几何形状。例如，三角形立方体的立方体形状为三角形。
此处使用的术语“反向反射基底”是指一层具有在其第二表面上形成有阳立方角或阴立方角元件阵列的材料。第一表面可以是平坦的，或可以是有些不平坦的，其图案(pattern)一般对应于后表面上立方角元件阵列。对于阳立方角元件，“基底厚度”是指其上设置立方角元件的材料的厚度。对于阴立方角元件，“反向反射基底厚度”是指阴立方角元件在其上形成凹陷的材料的总厚度。
此处使用的术语“立方轴”是指中心轴，该中心轴是立方角元件的三个相交面限定的内部空间的三等分线。此处使用的术语“斜立方角”是指其轴与薄片表面不垂直的立方角。倾斜通过立方轴与薄片表面法线之间的角度来量度。需要注意的是，当存在斜面时，垂直于薄膜表面的平面图显示顶点处的面角不都是120度。
此处使用的术语“面更平行倾斜”(或“在面更平行方向上倾斜”或“倾斜于面更平行的方向”)和“边缘更平行倾斜”是指立方体相对于主折射线的定位。当立方体面与主折射线之间的角不都等于35.26度时，立方体是“面更平行”还是“边缘更平行”取决于最异于35.26度的相对于主折射线的面角分别大于还是小于35.26度。就薄片或其他反向反射器而言，主折射线名义上与反向反射器的前表面垂直，那么对于面更平行立方体，所选择的立方体面也将比非倾斜立方体的任何面更平行于反射器的前表面。
图1描绘了根据本发明各方面的示例性位置检测系统100。图1图示说明显示器102(例如，计算机显示器，触摸屏显示器等)的平面图，该显示器具有被凸起的边框或边界106包围的屏幕区域或视场104。在显示为计算机显示器的情况下，位置检测系统100可以用于任何类型的光学位置检测系统中。一般与显示器102的视场104基本垂直的边界106的内表面上设有棱镜薄膜(此处也称为反向反射薄膜108)。棱镜薄膜108提供围绕视场104(此处也称为检测区域)至少一部分的反向反射表面，下文将对棱镜薄膜108进行详细讨论。这就是说，棱镜薄膜108提供将从起始源接收的辐射反射回起始源的表面。组成的棱镜薄膜108可以通过使用粘着剂或其他附着的方法直接应用于边框106，或者可以首先将它制造成胶带的形式，随后便可将它应用于边界106的内表面。希望以与棱镜薄膜相关联的最大入射角的平面与视场、检测区域和/或显示器大致平行的方式对齐棱镜薄膜以最佳化感兴趣区域内的目标的可能的检测。
图1所示的位置检测系统100进一步包含两个辐射源110、112。这两个辐射源110、112优选为点辐射源(或大致上是点辐射源)。第一辐射源110可以设置在视场104的一角，而第二辐射源112可以设置在视场104的另一角。在优选的实施例中，第一个辐射源110和第二辐射源112有公共边114。如图1中所示，边114上可以不具有棱镜薄膜108，但显示器102的其他三边上都有棱镜薄膜108。本领域普通技术人员将很容易注意到，辐射源的精确位置可以根据不同的设计因素，包括环境、应用等，而改变。同样地，本领域普通技术人员将注意到，棱镜薄膜108可以环绕包围视场的全部边缘。
两个辐射源110、112通过辐射共同照明整个视场104，辐射沿与视场104平面平行的方向延伸。该辐射源可以提供任何想要的电磁辐射谱。这就是说，辐射源可以被选择以在任何需要的频率范围内或在任何想要的波长上操作。例如，辐射源可以是红外辐射源，射频辐射源，可见光辐射源，发光二极管(LED)，激光器等。在优选实施例中，辐射源110、112均为红外发光二极管。
设于视场四周边缘的棱镜薄膜108将红外辐射反射回相应的起始源，如视场内的箭头所示。因此，例如如图1所示，由点辐射源110发出的红外辐射射线向外延伸到显示屏幕的侧边并返回到点辐射源110。如下文中详细描述，电磁辐射被棱镜薄膜108反射回其辐射源。
如下面更全面地描述，棱镜薄膜108包含具有多层的反向反射薄膜，其中多层中的一层包含反射进入的辐射的多个三角形立方角反向反射元件。包含棱镜薄膜108的一层或多于一层的其他层的作用是允许大多数红外辐射通过(例如，大约74％到100％的双通透射度)，以及基本阻挡可见光，其使棱镜薄膜表面黑暗。本发明中的这些方面将在下文中被进一步讨论。
在操作中，示例性位置检测系统100用于检测边框106边界内存在的对象109及其位置。假设辐射是由分别位于具有公共边的两角上的辐射源110、112(例如，红外发光二极管)发出，该辐射向外横向传播并被反射回分别位于点辐射源110、112之上的对应透镜115、116。两个透镜115、116起光学孔径的作用，用来成像点辐射源发射和分别由两台摄像机117、118接收的电磁辐射。透镜可以定位在距辐射源任意想要距离。优选该距离小于10mm。更优选该距离为1.0mm至1.5mm。
摄像机117、118可以为行扫描和/或面扫描摄像机。摄像机117、118一般包含电荷耦合元件(CCD)传感器形式的图像捕捉装置，该装置由感光性元件(例如，像素)的阵列构成。行扫描摄像机一般获取单行像素上的图像。面扫描摄像机，如传统的摄像机，包含像素的CCD图像传感器(一般为矩形)，其产生与所获取的图像长宽相应的二维框架。
在操作中，被反射的辐射穿过相应的透镜(如透镜115或116，其取决于辐射源的位置)并形成由CCD传感器检测的对象的图像。大量的光线被转化成视频脉冲信号然后被输出。CCD传感器将光电二极管阵列上检测到的辐射转化成电信号并输出测量的数量。行扫描摄像机的单扫描行一般可被认为是与观测行上每个单点相关的亮度的一维映射。线性扫描产生行，该行在Y轴上显示灰度级中每个给定点的亮度(例如8-bit CCD传感器有0至255级灰度或10-bit CCD传感器有0至1023级灰度)。摄像机117、118的输出可以由控制部件119处理(如图1中所示)，该部件用来产生表示对象109的X和Y坐标位置的输出信号。本领域普通技术人员将很容易注意到，面扫描摄像机的扫描图像将产生与观测区域上每个点相关的亮度的二维映射。
参考图1及图2可以更好地理解位置检测系统100的操作。图2为图1中相关部件的截面图。如图1及图2中可见，由辐射源110发出的红外辐射进入视场104。视场沿边界108的两条边具有棱镜薄膜108，其中辐射源110是定向的。由辐射源110发出的红外辐射被棱镜薄膜108反射回到行扫描摄像机117。该红外辐射穿过透镜115到行扫描摄像机117。该行扫描摄像机产生相应的行图像，该图像具有取决于针对扫描器行上各个点的行扫描摄像机分辨率的数字化亮度值。对于行图像中不接收辐射的任何位置产生逻辑值0。例如，如果一个不透明对象109，诸如铁笔或手指，进入视场，则一个阴影便会投射到透镜和相应的行扫描摄像机上，这会导致通过针对特定像素或像素区域极少或没有电荷被行扫描摄像机检测到。在检测到辐射的位置，该辐射会使与行扫描摄像机相关的相应CCD传感器放电，其产生取决于行扫描摄像机分辨率的实质更高的信号值。如果如图1所示提供两个辐射源和行扫描摄像机的组合，则对象109的X和Y位置可以由三角形关系确定。在该情况下，可以测量两个角θ1和θ2，并且通过这两个角度值以及所测量的两点之间距离“D”计算X和Y坐标，如图1所示。
现在讨论棱镜薄膜(在此也被称为反向反射薄膜)108。参考图3，其图示说明根据本发明各方面的示例性棱镜薄膜108的截面图。该棱镜薄膜108包含具有第一表面122以及第二表面124的第一基底120。棱镜薄膜108第一表面122(在此也被称为前表面)一般是平坦的(且典型光滑的)。第二表面124一般也是平坦的且固定在第二基底126上。
第二基底126具有第一表面128以及第二表面130。如图3中所示，第二基底126的第一表面128一般是平坦的(且典型光滑的)而且一般面向第一基底120的第二表面124。第二基底126的第二表面130一般也是平坦的且固定在反向反射基底132上。
第一基底120以及第二基底126可由一种材料构成，例如具有高弹性模量的聚合体。该聚合体可从各种聚合体中选择，包括但不限于：聚碳酸酯，聚酯，聚苯乙烯，聚芳酯，苯乙烯-丙烯腈共聚物，尿烷，丙烯酸酯，纤维素酯，乙烯不饱和亚硝酸盐，硬环氧丙烯酸酯，丙烯酸树脂等，其中优选丙烯酸及聚碳酸酯聚合物。优选地，第一以及第二基底是有色的且/或具有均匀分布在第一及第二基底上各处的染料。在一个实施例中，第一基底120包含分布于各处的红色染料，而第二基底126具有分布于各处的蓝色染料。在另一个实施例中，第一基底120具有分布于各处的蓝色染料，而第二基底126具有分布于各处的红色染料。第一基底120和第二基底126都具有均匀分布于各处的染料。本领域普通技术人员将轻易注意到，本发明各方面包含使用任意想要颜色或其混合色获得此处所讨论的想要的功能，样式美观等。例如，基底120，126可以具有分布于各处的不同颜色的染料。
基底优选被选为在红外波长高透明度且在可见光波长不透明，因此其提供基本的黑色表面。由膜提供的亮背景优选被制为最大可能的明亮均匀，以允许在棱镜薄膜108区域内(例如，检测区域)检测对象。
反向反射基底132具有第一表面134以及第二表面136。如图3中所示，第一表面134一般是平坦的(且典型光滑的)而且一般面向第二基底126的第二表面130。第二表面136包含或限定多个立方角元件140并且在应用中可以面向粘合剂143。包含其内所形成的立方角元件140的反向反射基底132可以由透明的塑性材料构成，例如具有高弹性模量的聚合体。高聚合体可从各种不同的聚合体中选择，包括但不限于：聚碳酸酯，聚酯，聚苯乙烯，聚芳酯，苯乙烯-丙烯腈共聚物，尿烷，丙烯酸酯，纤维素酯，乙烯不饱和亚硝酸盐，硬环氧丙烯酸酯，丙烯酸树脂等，其中优选丙烯酸及聚碳酸酯聚合物。
在图4所示的另一个实施例中，第一基底120和第二基底126可以由单个基底150替代。基底150具有单染色层膜用以通过前表面152和对立的后表面154吸收可见光。如上文关于第二基底所讨论的，后表面154面向反向反射基底132。前表面152一般是光滑的。在一个实施例中，基底150被染成黑色。采用单染色层的优点是，可以使整体膜的结构更薄并且增大穿过单染色层150透射的均匀性。
在一个优先选择的实施例中，包含其内所形成的立方角元件140的反向反射基底132可由丙烯酸构成，例如，折射率约为1.49的丙烯酸材料。当然，在不偏离本发明范围的情况下可以使用其他具有更高或更低折射率的合适材料。立方角元件可以使用例如共同所有的美国第6,015,214和6,767,102号专利中所描述任意方法被形成在基底内或形成为基底的整体部分，上述专利的公开通过参考整体合并于此。
如下文更全面的描述，基底的折射率以及立方角元件的尺寸和倾斜度可以选择为提供想要的反向反射性和均匀性。尽管本发明关于整体形成为基底一部分的立方角元件来进行描述，但可以注意到，本发明可以适用于与基底分离形成并被粘合在基底上的立方角元件。
多个立方角元件140使用合适的金属被金属化，例如铝、银、镍、金等。此金属化可以通过在立方角元件的表面上沉积(例如，溅射或真空沉积)金属薄膜实现。基底的被金属化的立方角侧可以涂覆粘合剂143或嵌入在粘合剂143中(形成，例如类似于显眼胶带(conspicuity tape)的产品)。立方角元件的金属化允许显示器可以被清洁且不易受污染物和/或湿气影响，污染物和/或湿气可能会对反向反射薄膜108的反向反射性产生有害的影响。
参考图5至图9并继续参考图3，反向反射薄膜108包含多个单个的立方角元件140(图3)，这些立方角元件被排布在阵列200中或形成阵列200(图5)。每个立方角元件140都由三个相互垂直(或大致垂直)且交会于顶点204的面202形成。相互垂直的面相互相交在两面边206。相互相交面202之间的两面边206上的角通常被称为两面角。在一个几何形状完美的立方角元件中，三个两面角中的每一个都精确等于90度。然而，需要注意的是，一个或多于一个两面角可以根据制造的不规则性或设计选择而稍微偏离90度。
如图6中所示，每个立方角元件140都是具有3条底边210的三角形立方形状。在一个实施例中，每个立方角元件140都是等腰三角形立方形状，其中两条底边(例如，底边长度为a和b)的长度近似相等。此外，一个或多于一个立方角元件140为非等腰三角形立方形状。
因为立方角元件140的底边210是线性的且在同一平面上，所以立方角元件的阵列由相交的凹槽组限定。如图5中所示，每个立方角元件140都由三个V型凹槽212，214，216限定，他们分别是三个凹槽组中的一个组件，这些凹槽组以相交模式穿过阵列200形成立方角元件的匹配对。通常三个凹槽组的深度相同，但一个或多于一个凹槽组可以垂直偏移(也就是相对于其他凹槽组的深浅不同)。同时，凹槽组中的一个可以水平偏移，其导致立方形状异于三角形。此类立方体仍被视为三角形立方角且在本发明范围之内。在图6所示实施例中，面相邻边a和b具有约为38.5度(例如38.5211度)的半槽角，而面相邻边c具有约为28.3度的半槽角(例如28.2639度)。
阵列200(如图7所示)可以被折叠多次以形成阵列片(例如形成理想尺寸的近似方形片)。图7显示了棱镜薄膜108的平面图，其中立方角元件的多个阵列围绕薄片法线旋转了90度。例如如图所示薄片108包含第一阵列200及第二阵列201，这两个阵列结合在一起以形成单一反向反射薄片段。第二阵列201包含相对于第一阵列200中立方角元件旋转90度的立方角元件。棱镜薄膜也可以按线性排列提供，如图8中所示。应注意，反向反射薄片可以包含结合在一起的立方角元件的多个阵列或阵列片，其中每个阵列或阵列片都相对于其他的阵列旋转一定的角度(例如，一个阵列具有0度的相对立方角取向，另一个阵列具有90度的相对立方角取向，另一个阵列具有180度的相对立方角取向，同时还有另一个阵列具有270度的相对立方角取向)。具有含不同立方角取向的多个阵列片的薄片被称为固定的薄片。具有都含有相同立方角取向的一个阵列片或多个阵列片被称为非固定薄片。
在棱镜薄膜中，立方角元件一般与至少一个其他立方角元件使用作为配对的部件，并且通常与此类立方角元件的阵列使用。此阵列如图5至图8所示，而此配对则如图9中截面图所示。
在图6和图8中图示说明且在图5、图6和图7的阵列中被重复的立方角元件在边缘更平行的方向倾斜大约7度。在该示例性实施例中，每个立方角元件的高度大约为101微米(大约0.004英寸或4密耳)。
如上文所讨论，本发明的一个方面在于提供一个具有高亮度值的反向反射薄膜。因此，高反射的棱镜薄片被用来实现这一目的。然而，棱镜薄片的选择可能包括折中期望的均匀性。典型触摸屏显示器的几何结构是具有从0度到60度的入射角。本领域普通技术人员将容易注意到，这是一个非常大的范围，通过这一范围来维持棱镜薄片均匀亮度。因为观察角也是变化的，所以在选择立方体几何形状以及尺寸时应该特别注意，以便实现高亮度与较好均匀性。
对于棱镜薄片应用，使用最普遍的是三角形立方角棱镜，因为使用传统的裁定或金刚石车削技术可以将此类棱镜直接加工成基底。已被开发出来一种算法用来为具有相同凹槽深度的等腰三角形立方角将信号亮度及均匀性模拟为几何形状和尺寸的函数。对于这些立方角，几何形状和尺寸由两个参数完全确定：立方体倾斜度以及立方体深度。本领域普通技术人员将容易注意到，其他类型的三角形立方角是可能的，例如包括，不等边三角形和凹槽组的两层或三层切槽。在这种情况下，信号亮度和均匀性不是由立方体倾斜度/立方体深度的组合本身决定的，而是由入射光每个方向的有效孔径尺寸决定。
参考图10的示例性曲线图，其图示说明不同三角形立方体设计的四种不同的模拟的摄像机信号。每个信号中相关的主要参数是：1)所有摄像机物镜角的最小信号值，其是亮度的量度；以及2)最大信号值除以最小信号值(例如信号范围)，其是均匀性的量度。如图10中所示，四种信号通过相对信号与摄像机物镜角函数关系被描绘。信号302描绘当立方体深度为1密耳(0.001″)且立方体倾斜度为0度时的代表信号。信号304描绘当立方体深度为1密耳(0.001″)且立方体倾斜度为8度时的代表信号。信号306描绘当立方体深度为密耳4(0.004″)且立方体倾斜度为0度时的代表信号。信号308描绘当立方体深度为4密耳(0.004″)且立方体倾斜度为8度时的代表信号。如图10中所示，对于每个信号，其相对信号强度的急剧下降都出现在大约32度的位置，这归因于当视线由中等入射角向大入射角改变时，视场角由触摸屏的一边向触摸屏底边的转变。
为了理解立方角设计对这些相关参数(如均匀性和亮度)所产生的影响，信号最小值/范围的图像被描绘为立方体倾斜度与立方体深度的函数，如图11-14以及15-18中所示。图11-14将信号最小值/范围描绘为立方体倾斜度与立方体深度的函数。在这些图像中，利用符号规约可以将面更平行的倾斜度与边缘更平行的倾斜度区分。面更平行的倾斜度被表示为负。边缘更平行的倾斜度被表示为正。当辐射源与摄像机之间距离为1.0毫米时，这些图像分别对应17英寸显示器(图11)，19英寸显示器(图12)，22英寸显示器(图13)，30英寸显示器(图14)。当这完成是时，将出现性能改进的三个区域。
被定为区域I的区域具有大的负倾斜度(如图11-14中下方区域所示)。该区域显示了根据屏幕尺寸倾斜度大约在-8.0到-34度范围内且深度大约在1.0至12.0密耳以上(0.001″至0.012″)范围内的最佳化的性能。例如，图11描绘了倾斜度大约在-8.0到-34度且立方体深度大约在1至9.5密耳(0.001″至0.0095″)范围内的最佳化的性能。图12描绘了倾斜度大约在-9.0到-34度且立方体深度大约在1.5至10.5密耳(0.0015″至0.0105″)范围内的最佳化的性能。图13描绘了倾斜度大约在-9.5到-33度且立方体深度大约在1.5至12密耳(0.0015″至0.012″)范围内的最佳化的性能。图14描绘了倾斜度大约在-10到-30度且立方体深度大约在3至12密耳以上(0.003″至0.012+″)范围内的最佳化的性能。因此，发现此区域的立方体深度与显示器尺寸之间的关系。
另一个区域(区域II)主要包含正倾斜度，而大的立方体深度(如图11-14中右上方区域内所示)，由于与复制与灵活性相关的复杂性的缘故，其通常很难制造。
第三个区域(区域III，通常出现在图11-14中左上方区域内)显示了倾斜度大约在-2到+22度且立方体深度大约在0.5至9.5密耳(0.0005″至0.0095″)范围内的最佳化的性能。例如，图11描绘了倾斜度大约在-2到+22度且立方体深度大约在0.5至6.5密耳(0.0005″至0.0065″)范围内的最佳化的性能。图12描绘了倾斜度大约在-2到+20度且立方体深度大约在1.0至6.5密耳(0.001″至0.0065″)范围内的最佳化的性能。图13描绘了倾斜度大约在-2到+20度且立方体深度大约在1.0至7.5密耳(0.001″至0.0075″)范围内的最佳化的性能。图14描绘了倾斜度大约在-0到+20度且立方体深度大约在2至9.5密耳(0.002″至0.0095″)范围内的最佳化的性能。因此，也发现此区域立方体深度与显示器尺寸之间的关系。因此，被最佳化改进性能的立方体深度随显示器尺寸的增加而增大。因此，最佳的立方体深度可以由常数(K)乘以与屏幕尺寸确定。常数(K)将需要考虑到显示器高宽比。如图11-14中所示，每台显示器的高宽比均为16/10。
同样地，对于尺寸分别为17英寸(图15)，19英寸(图16)，22英寸(图17)，30英寸(图18)的显示器，图15-18将信号最小值/范围描绘为立方体倾斜度与立方体深度的函数。与图11-14中的1.0毫米相对比，辐射源和摄像机之间的距离是1.5毫米。图15-18通常具有如上述关于图11-14所讨论的三个区域(区域I、II、III)。最佳立方体深度看起来向左(例如，更小的立方体深度)转移，并且两相关区域的范围看起来变得更窄。例如，在负倾斜度区域(区域I)中，最佳化的性能大约在倾斜度约为-9到-34度且立方体深度大约在0.5至11密耳(0.0005″至0.011″)范围内。图15描绘了倾斜度大约在-9到-34度且立方体深度大约在0.5至6.5密耳(0.0005″至0.0065″)范围内的最佳化的性能。图16描绘了倾斜度大约在-9.5到-34度且立方体深度大约在1.0至7.0密耳(0.001″至0.007″)范围内的最佳化的性能。图17描绘了倾斜度大约在-10到-32度且立方体深度大约在1.0至8.0密耳(0.001″至0.008″)范围内的最佳化的性能。参考图18，最佳化在倾斜度大约在-10到-32度且立方体深度大约在2.0至11.0密耳(0.001″至0.008″)的范围内描绘了最佳化的性能。
在正倾斜度区域(区域III)中，最佳化的性能处于倾斜度大约在-2到22度且立方体深度大约在0.5至6.5密耳(0.0005″至0.0065″)的范围内。例如，参考图15，17英寸显示器的最佳化的性能被显示在倾斜度大约在-2到+22度且立方体深度大约在0.5至4.0密耳(0.0005″至0.004″)的范围内。参考图16，最佳化的性能被显示在倾斜度大约在-2到+20度且立方体深度大约在0.5至4.5密耳(0.0005″至0.0045″)的范围内。参考图17，最佳化的性能被显示在倾斜度大约在-2到+20度且立方体深度大约在0.5至5.0密耳(0.0005″至0.005″)的范围内。参考图18，最佳化的性能被显示在倾斜度大约在0到+20度且立方体深度大约在1.5至6.5密耳(0.0015″至0.0065″)的范围内。
如通过图11-14与相应的图15-18之间的对比可见，最佳的立方体深度和倾斜度同样可能受到辐射源与摄像机之间间隔(或距离)影响。例如，辐射源与摄像机之间的间隔越大，最佳性能所使用的立方体深度就越小。
图11-18还进一步描绘了，较浅的立方体(较小的立方体深度)在较高的倾斜度表现得更好。这通过考虑区域III得知并且得知它如何随屏幕尺寸和辐射源/摄像机间隔变化。此外，与区域III相关的两个区域已被识别为利用该观察。选择这些区域是因为它们为各种屏幕尺寸和辐射源/摄像机间隔提供高性能。这些区域在图11-18中被用矩形框表明。例如，方框1在倾斜度为-4至+18度且立方体深度为2.0至8.0密耳(0.002″至0.008″)的区域内被描述，并且包含较大立方体尺寸的高性能深度/倾斜度组合。方框2在倾斜度为5.5至22度且立方体深度为0.5至4.0密耳(0.0005″至0.004″)的范围区域内被描述，并且包含较小立方体尺寸的高性能深度/倾斜度组合。在区域I中，各种屏幕尺寸和辐射源/摄像机间隔的高性能处于倾斜度为约8至35度且立方体深度为0.001英寸至0.012英寸的范围区域内。
图19描绘了用于显示器(例如，触摸屏显示器)的两种不同类型棱镜薄膜的对比。第一薄膜的立方体深度超出了优选的区域(例如，方框1和方框2所覆盖的区域)。第二薄膜的立方体深度在优选区域以内(例如，在方框2内)。图19描绘了对最小信号和信号范围两者的改进。信号400描绘第一薄膜(其立方体深度超出了优选的区域)。信号400在大约180像素的位置达到了其最低点。这是由于系统100的两个摄像机117，118(图1中所示)仅能照到屏幕三个表面中的两个(例如，水平和垂直-90度)。该180像素范围大致上是屏幕角落的区域。信号402对应于第二薄膜(其立方体深度在优选区域以内)并显示相同区域内较高的信号(大约是180像素位置上信号400信号强度的两倍)。
尽管本发明已经关于特定的优选实施例或实施例被显示和描述，但当本领域的其他技术人员阅读并理解该说明书及附图后，想到等同替换和修改是显而易见的。特别是关于上述元件(部件，组件，设备，成分等)所执行的各种功能，除非另有说明，否则用来描述这些元件的术语(包括提到的“方法“)意欲对应于执行所述元件指定功能的任何元件(也就是，功能上等同)，即使是与所公开的执行本发明的实施例或此处描述的示例性实施例中的功能的结构在结构上不相等同。此外，尽管本发明的具体特征可以关于若干所述实施例中的一个或多于一个进行描述，但该特征可以与其他实施例中的一个或多于一个其他特征相结合，这对于任意给定或具体应用是期望和有利的。

Claims (24)

1.一种棱镜薄膜，其包含：
具有反向反射基底和金属化层的非固定棱镜薄膜，所述反向反射基底包含多个三角形立方角反向反射元件，所述金属化层设置在所述反向反射基底的至少一个部分上；以及
其中所述反向反射元件具有在面更平行的方向上倾斜大约4度至在边缘更平行的方向上倾斜18度的范围之间的倾斜度以及在大约0.002英寸至0.008英寸之间的立方体深度。
2.根据权利要求1所述的棱镜薄膜，其进一步包含设置在所述反向反射基底的至少一个部分上的第一基底，其中所述第一基底具有光滑的外表面。
3.根据权利要求2所述的棱镜薄膜，其中所述第一基底具有均匀分布在各处的黑色染料。
4.根据权利要求2所述的棱镜薄膜，其中所述第一基底具有均匀分布在各处的红色或蓝色染料。
5.根据权利要求2所述的棱镜薄膜，其进一步包含设置在所述第一基底与所述多个反向反射元件之间的第二基底。
6.一种棱镜薄膜，其包含：
具有反向反射基底和金属化层的非固定棱镜薄膜，所述反向反射基底包含多个三角形立方角反向反射元件，所述金属化层设置在所述反向反射基底的至少一个部分上；以及
其中反向反射元件具有在边缘更平行的方向上倾斜大约5.5度至22度的范围之间的倾斜度以及在0.0005英寸至0.004英寸之间的立方体深度。
7.根据权利要求6所述的棱镜反射薄膜，其包含设置在所述反向反射基底的至少一个部分上的第一基底，其中所述第一基底具有光滑的外表面。
8.根据权利要求7所述的棱镜薄膜，其进一步包含设置在所述第一基底与所述多个反向反射元件之间的第二基底。
9.一种棱镜薄膜，其包含：
具有反向反射基底和金属化层的非固定棱镜薄膜，所述反向反射基底包含多个三角形立方角反向反射元件，所述金属化层设置在所述反向反射基底的至少一个部分上；以及
其中所述反向反射元件在边缘更平行的方向上倾斜大约8度至35度的范围之间的倾斜度在0.001英寸至0.012英寸之间的立方体深度。
10.根据权利要求9所述的棱镜薄膜，其进一步包含设置在所述反向反射基底的至少一个部分上的第一基底和设置在所述第一基底与所述多个反向反射元件之间的第二基底。
11.一种位置检测系统，其包含：
至少一个电磁辐射源，用来在检测区域的至少一个部分上输出电磁辐射；以及
设置成接收由棱镜薄膜反射的电磁辐射的摄像机，该棱镜薄膜沿所述检测区域的至少一个部分的边缘设置，其中所述棱镜薄膜包括多个三角形立方角反向反射元件，所述三角形立方角反向反射元件具有在面更平行的方向上倾斜大约4度至在边缘更平行的方向上倾斜18度的范围之间的倾斜度以及在大约0.002英寸至0.008英寸之间的立方体深度。
12.根据权利要求11所述的系统，其进一步包含设置在所述多个反向反射元件上的金属化层，用来防止污染物和/或湿气接触所述反向反射元件和位于所述多个反向反射元件与所述源之间的第一基底。
13.根据权利要求11所述的系统，其中当所述辐射源为红外辐射源且所述棱镜薄膜在可见光下基本不透明时，所述棱镜薄膜具有超过74％的双通透射度。
14.根据权利要求11所述的系统，其中所述检测区域为触摸屏显示器。
15.根据权利要求14所述的系统，其中所述棱镜薄膜排布成使得与所述棱镜薄膜相关的最大入射角的平面基本平行于触摸屏。
16.一种位置检测系统，其包含：
至少一个电磁辐射源，用来在检测区域的至少一个部分上输出电磁辐射；以及
设置成接收由棱镜薄膜反射的电磁辐射的摄像机，该棱镜薄膜沿所述检测区域的至少一个部分的边缘设置，其中所述棱镜薄膜包括多个三角形立方角反向反射元件，所述三角形立方角反向反射元件具有在边缘更平行的方向上倾斜大约8度至35度的范围之间的倾斜度以及在0.001英寸至0.012英寸之间的立方体深度。
17.根据权利要求16所述的系统，其进一步包含设置在所述多个反向反射元件上的金属化层，用来防止污染物和/或湿气接触所述反向反射元件。
18.根据权利要求16所述的系统，其进一步包含设置在所述反向反射基底的至少一个部分上且位于所述多个反向反射元件与所述源之间的第一基底。
19.根据权利要求16所述的系统，其中当所述辐射源为红外辐射源且所述棱镜薄膜在可见光下基本不透明时，所述棱镜薄膜具有超过74％的双通透射度。
20.根据权利要求18所述的系统，其进一步包含位于所述第一基底与所述多个反向反射元件之间的第二基底。
21.一种位置检测系统，其包含：
至少一个电磁辐射源，用来在所述检测区域的至少一个部分上输出电磁辐射；以及
设置成接收由棱镜薄膜反射的电磁辐射的摄像机，该棱镜薄膜沿所述检测区域的至少一个部分的边缘设置，其中所述棱镜薄膜包括多个三角形立方角反向反射元件，所述三角形立方角反向反射元件具有在边缘更平行的方向上倾斜大约5.5度至22度的范围之间的倾斜度以及在0.0005英寸至0.004英寸之间的立方体深度。
22.根据权利要求21所述的系统，其进一步包含设置在所述多个反向反射元件上的金属化层，用来防止污染物和/或湿气接触所述反向反射元件。
23.根据权利要求21所述的系统，其进一步包含设置在所述反向反射基底的至少一个部分上且位于所述多个反向反射元件与所述源之间的第一基底，以及位于所述第一基底与所述多个反向反射元件之间的第二基底。
24.根据权利要求21所述的系统，其中当所述辐射源为红外辐射源且所述棱镜薄膜在可见光下基本不透明时，所述棱镜薄膜具有超过74％的双通透射度。
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