CN105324741B - 光学接近传感器 - Google Patents

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Abstract

一种接近传感器，包括：壳体；多个光脉冲发射器，用于沿着一检测平面将光发射出所述壳体；多个主光检测器，用于检测由所述发射器发射的光线通过所述检测平面中的反射物体的反射；多个主透镜，其相对于所述发射器和主检测器取向的方式使得对于每一发射器‑检测器对，当物体在检测平面的一组主位置当中位于一个与那个发射器‑检测器对关联的位置时，由该对中的发射器所发射的光线穿过其中一个主透镜并且由所述物体向后反射通过其中一个主透镜到达该对的检测器；以及用于共激活所述发射器‑检测器对的处理器，并且处理器构造成计算所述物体在所述检测平面中的位置。

Description

光学接近传感器
相关申请的交叉参考
本申请要求以下申请的优先权：
·美国临时专利申请No.61/828,713，名称为“应用反射光的光学触感屏幕系统”，它由发明人Per Rosengren,Lars Sparf,Erik Rosengren和Thomas Eriksson于2013年5月30日递交；
·美国临时专利申请No.61/838,296，名称为“应用反射光的光学游戏配件”，它由发明人Per Rosengren,Lars Sparf,Erik Rosengren,Thomas Eriksson,Joseph Shain,Stefan Holmgren,John Karlsson和Remo Behdasht于2013年6月23日递交；
·美国临时专利申请No.61/846,089，名称为“用于手提电脑的接近传感器以及关联的用户接口”，它由发明人Richard Berglind,Thomas Eriksson,Simon Fellin,PerRosengren,Lars Sparf,Erik Rosengren,Joseph Shain,Stefan Holmgren,JohnKarlsson和Remo Behdasht于2013年7月15日递交；
·美国临时专利申请No.61/929,992，名称为“云游戏用户接口”，它由发明人Thomas Eriksson,Stefan Holmgren,John Karlsson,Remo Behdasht,Erik Rosengren,Lars Sparf和Alexander Jubner于2014年1月22日递交；
·美国临时专利申请No.61/972,435,名称为“光学触感屏幕系统”，它由发明人Sairam Iyer,Karl Erik PatrikPer Rosengren,Stefan Holmgren,ErikRosengren,Robert Pettersson,Lars Sparf和Thomas Eriksson于2014年3月30日递交；
·美国临时专利申请No.61/986,341，名称为“光学触感屏幕系统”，它由发明人Sairam Iyer,Karl Erik PatrikLars Sparf,Per Rosengren,ErikRosengren,Thomas Eriksson,Alexander Jubner和Joseph Shain于2014年4月30日递交；以及
·美国专利申请No.14/140,635,名称为“光基接近检测系统和用户接口”,它由发明人Thomas Eriksson和Stefan Holmgren于2013年12月26日递交。
这些申请的内容通过参考的方式全文结合在这里。
技术领域
本发明的领域是光基触感屏幕。
背景技术
如今许多消费型电子设备都构建有触敏式屏幕，用于手指或触针的接触式用户输入。这些设备从小型屏幕设备(诸如移动式电话)和汽车娱乐系统，到中等尺寸的屏幕设备(诸如笔记本电脑)，再到大屏幕设备(诸如机场的登记站)。
本发明涉及光基触感屏幕。现有技术的光基触感屏幕利用光发射器和光检测器围绕屏幕的边界，以便在屏幕表面的上方形成光束格栅。从上方接触屏幕的物体阻挡所述光束的相应部分。
参考图1，它是具有16个LED和16个PD的现有技术的光基触感屏幕的图表。图1中的屏幕100由沿着两条边的发射器130以及沿着其余两条边的光电二极管(PD)接收器240围绕，它们共同允许光束晶格覆盖屏幕。
现有技术的光基触感屏幕的一个缺点是：需要沿着屏幕的所有四条边容纳多个光发射器和光检测器。这个要求使得难以在不显著改变电子设备的内部部件的布局的情况下在现有设备中添加光基接触检测。减少所需部件的数目以及允许将它们放置在有限区域中而不是围绕整个屏幕将是有利的。减少所需要的光发射器和光检测器的总数目具有增加的优点：减少了物料清单(BOM)。
发明内容
本发明的实施例提供了二维(2D)接触检测，其应用交替的光发射器和检测器的一维阵列。本发明的其它实施例提供了2D接触检测，其应用仅沿着屏幕一条边的光发射器的一维阵列以及沿着屏幕相对边的光检测器的相对阵列。本发明还提供了基于与2D检测器相同原理的三维(3D)接触式或盘旋式检测器。
因此根据本发明的实施例提供了一排交替的光发射器和检测器。所述光发射器将准直光束垂直于所述排并且彼此平行地依次发射。所述光检测器检测已经由插入到光束路径中的物体反射的来自发射器的光。每个检测器检测发射器光束平面中的光束，但是相对于那些光束成固定的角度。检测器检测从发射器的光束反射的光，发射器与检测器之间的距离连同所述固定角度被用来通过三角测量确定反射物体的位置。
另外根据本发明的实施例提供了沿着屏幕底边的一排光发射器以及沿着屏幕顶边的一排光检测器。每个光发射器发射由所有光检测器检测的非常宽的光束。接触屏幕的物体的x坐标对应于被阻挡光束，所述被阻挡光束平行于屏幕的侧边延伸。通过识别对角的阻挡光束之间的交叉点而确定y坐标。
另外根据本发明的实施例提供了一种用于确定邻近物体的二维坐标的接近传感器，包括壳体；安装在所述壳体中的多个光脉冲发射器，用于沿着检测平面将光发射出所述壳体；安装在所述壳体中的多个主光检测器，用于检测由所述发射器发射的光线通过所述检测平面中的反射物体的反射；多个主透镜，其在所述壳体中相对于所述发射器和主检测器安装和取向的方式使得对于每一个发射器-检测器对，当所述物体在检测平面的一组主位置当中位于与那个发射器-检测器对相关联的一个二维位置时，由该对中的发射器所发射的光线穿过其中一个主透镜并且由所述物体向后反射通过其中一个主透镜到达该对中的检测器；以及与所述发射器及所述主检测器连接的处理器，用于同步地共激活所述发射器-检测器对，并且构造成通过以下方法计算物体在所述检测平面中的二维位置：在共激活的发射器-检测器对中确定一个发射器-检测器对，对于该发射器-检测器对，检测器检测最大量的光线，并且识别与其关联的位置，确定与共激活的发射器-检测器对相关联并且邻近如此识别的位置的附加位置，以及计算如此识别的位置和如此确定的附加位置的加权平均数，其中所述平均数中的每个位置的权重对应于与那个位置关联的发射器-检测器对的反射光束的检测程度。
根据本发明的实施例又提供了一种用于确定手指沿着滑块控件的定向运动的接近传感器，包括：壳体；多层光透射盖，其安装在所述壳体中并且具有用于滑块控件的暴露的上表面，其中所述盖的各层之间的边界包括由不透明或反射部分离的光透射部的图案，其中所述光透射部或者所述不透明或反射部的尺寸横穿所述图案增大；安装在所述壳体中的光脉冲发射器，用于将光发射到所述盖的上层中，所发射的光通过全内反射(TIR)被约束至所述上层，其中接触所述暴露的上表面的手指阻挠所述TIR光，从而使得所述光的一部分穿过所述图案中的光透射部进入位于所述上层的下面并且与上层通过图案分隔的第二层中，所述进入第二层的光的部分与接触所述暴露上表面的手指下面的光透射部的尺寸相对应；安装在所述壳体中的光检测器，用于检测所述第二层中的光的强度；以及与所述光检测器连接的处理器，用于确定所述物体穿过所述图案的定向运动，其中所述运动方向对应于所述光检测器随着时间推移检测到增加序列的还是降低序列的检测光强度。
根据本发明的实施例还提供了一种用于确定物体沿着滑块控件的定向运动的接近传感器，包括：壳体；光透射盖，其安装在所述壳体中并且具有用于滑块控件的暴露的上表面，所述盖包括由不透明或反射部分离的光透射部的图案，其中所述光透射部或者所述不透明或反射部的尺寸横穿所述图案增大；安装在所述壳体中的光脉冲发射器，用于在所述盖的上方发射光；安装在所述壳体中的光检测器，用于检测通过反射物体反射到所述盖中的发射光的强度，其中由所述物体反射到所述盖中的光的量取决于所述物体下方的光透射部的尺寸；以及与所述光检测器连接的处理器，用于确定所述物体穿过所述图案的定向运动，其中所述运动方向对应于所述光检测器随着时间推移检测到增加序列的还是降低序列的检测光强度。
另外根据本发明的实施例提供了一种手持式电子游戏设备，包括：壳体；安装在所述壳体中的通信器，用于与网络游戏服务器通讯；安装在所述壳体中的显示器，用于呈现由所述通信器从所述游戏服务器接收的游戏用户接口的一部分；以及安装在所述壳体中并且与所述通信器连接的传感器，用于检测放置在附近的第二游戏设备，其中所述通信器传达由所述传感器提供给所述游戏服务器的关于附近第二游戏设备的检测信息。
另外根据本发明的实施例提供了一种网络游戏系统，包括：网络游戏服务器；以及多于一个的多个游戏设备，每个游戏设备是与所述游戏服务器通讯的手持式电子游戏设备，每个游戏设备包括：壳体；用于与所述游戏服务器通讯的通信器；安装在所述壳体中的显示器，用于呈现由所述通信器从所述游戏服务器接收的游戏用户接口(UI)的相应部分；以及安装在所述壳体中并且与所述通信器连接的传感器，用于检测邻近游戏设备的存在；其中所述游戏服务器基于所述游戏设备的数目确定所述游戏UI的每个相应部分的尺寸。
附图说明
通过结合附图进行的以下详细说明，本发明将被更加充分地理解和认识，其中：
图1是具有16个LED和16个PD的现有技术光基触感屏幕的图表；
图2是根据本发明实施例的接近传感器的简化视图，所述接近传感器用于检测物体在二维检测区域中的二维坐标；
图3是应用根据本发明实施例的图2的接近传感器的触感屏幕系统的简化视图；
图4和图5是根据本发明实施例的光学接近传感器的分解视图；
图6是从根据本发明实施例的光学接近传感器的上方看的视图；
图7-12是用在根据本发明实施例的光学接近传感器中的发射的和反射的光束的简化视图；
图13和图14是根据本发明实施例的接触检测图的视图；
图15是根据本发明实施例的具有交替的发射器和检测器的透镜阵列的简化视图；
图16-18是用于显示算法的简化的接触检测图，所述算法应用根据本发明实施例的光学接近传感器计算接触位置；
图19显示了根据本发明实施例的检测信号的插入；
图20显示了根据本发明实施例的霍夫变换；
图21是根据本发明实施例的检测图；
图22和图23(a)-(f)是用于根据本发明的各种触感屏幕系统实施例的简化的接触检测图；
图24和25是根据本发明实施例的双分辨率传感器的简化视图；
图26(a)和26(b)是根据本发明实施例的用在双分辨率传感器中的两个检测图的简化视图；
图27是根据本发明实施例的从用于双分辨率传感器的PCB上的LED和PD上方看的简化视图；
图28是根据本发明实施例的双分辨率传感器的简化横截面视图；
图29是根据本发明实施例的双显示器笔记本电脑的简化视图；
图30是根据本发明实施例的双显示器笔记本电脑的一部分的简化视图；
图31是根据本发明实施例的PC的简化视图；
图32是根据本发明实施例的图31的PC的键盘的简化视图；
图33是根据本发明实施例的PC跟踪板的简化视图；
图34是根据本发明实施例的透明PC键盘的简化视图；
图35是根据本发明实施例的图24的透明键盘的简化侧透视图；
图36是根据本发明实施例的提供键盘和GUI功能的次显示器的简化视图；
图37是根据本发明实施例的笔记本电脑键盘的简化视图；
图38是根据本发明实施例的图37的笔记本电脑键盘的简化横截面；
图39是根据本发明实施例的具有接近传感器的PC的简化视图，所述接近传感器用于检测接近显示器的侧边的挥手手势；
图40是根据本发明实施例的示例性四按钮按键底架的三个视图的简化图，所述四按钮按键底架位于触摸板的虚拟按键部的上方；
图41是根据本发明实施例的示例性四按钮按键底架的横截面的简化图，所述四按钮按键底架位于触摸板的虚拟按键部的上方；
图42(a)-42(c)是根据本发明实施例的被释放及压下的弹簧弹性键的简化视图；
图43(a)和43(b)是根据本发明实施例的由伸缩性的弹性材料(诸如橡胶)构成的按钮横截面的简化视图；
图44(a)-44(c)是根据本发明实施例的替换按钮构造的简化视图；
图45是根据本发明实施例的位于键盘显示器与光纤面板键之间的微透镜阵列的布置的简化视图；
图46是根据本发明实施例的键或按钮的简化视图；
图47是根据本发明实施例的滑块控件的简化视图；
图48是根据本发明实施例的应用图47的滑块控件的各种手势检测图案的简化视图；
图49是根据本发明实施例的替换的滑块控件的简化视图；
图50-53是根据本发明实施例的游戏配件的简化视图；
图54是根据本发明实施例的应用多个光学接近传感器的三维传感器的简化视图；
图55是根据本发明实施例的具有用于与网络游戏服务器通讯的通信器的手持式电子游戏设备的简化视图；
图56是根据本发明实施例的在手持机上提供的网络游戏的简化视图；
图57是根据本发明实施例的两个手持机的简化视图，所述两个手持机一起使用以提供网络游戏；
图58是根据本发明实施例的用于网络游戏的双面板显示器的简化视图，所述显示器由两个手持机组成；
图59是根据本发明实施例的用于网络游戏的四面板显示器的简化视图，所述显示器由四个手持机组成；以及
图60是根据本发明实施例的图59的四游戏设备的构造的简化视图，藉此按照由传感器检测到的并且传达至游戏服务器的每个显示器的相对位置和方位，在四个显示器中分配游戏GUI。
以下表格将编号元件进行编目，并且列举了每个编号元件所出现的视图。类似编号的元件表示相同类型的元件，但是它们不必是相同的元件。
具体实施方式
本发明的各个方面涉及光基触感屏幕和光基触摸表面。在整篇说明书中，术语“触感屏幕”包括不包含电子显示器的触摸表面，尤其是，如许多手提电脑以及手持式装置后盖中所包括的鼠标触摸板。它还包括与本发明提供的传感器毗邻的没围起来的空间。
根据本发明的实施例，光基接触式传感器包括沿着检测平面的一个边缘布置的多个红外或近红外发光二极管(LEDs)以及多个光电二极管。在一些实施例中，所述检测平面是触感屏幕的表面或者接口区域，如上所限定的。LED沿着检测平面发射准直光，并且当该光由所插入的物体(诸如手指或者触针)反射时，被反射的光由PD检测。通过三角测量，激活的LED和检测反射光的PD的位置的几何形状足以确定指示器在检测区域中的二维坐标。LED和PD选择性地由处理器激活。通常，每个LED和PD具有输入/输出连接器，并且信号被发送以便确定哪个LED和哪个PD被激活。
参照图2，它是根据本发明实施例的接近传感器的简化视图，所述接近传感器用于检测物体在二维检测区域中的二维坐标。图2显示了接近传感器512，其特征是沿着底边的一排交替的发射器和检测器、沿着顶边的透镜阵列312以及位于左边上的处理器702。没有对所有的发射器和检测器进行编号，以便简化视图。因此，在图2中仅仅编号了发射器101-103以及检测器202-208。通过发射器101-103和检测器206-208显示了发射器和检测器的交替布置。
每个发射器位于阵列312中的相应准直透镜的光轴上。在图2中，发射器101-103被显示为发射相应的光束403-405。
图2还显示了用于每个检测器的反射光束。它们当中的五个被编号为406-409和413。阵列312中的每个透镜将反射光传送至与透镜的发射器相邻的两个检测器。例如，与发射器102相对的透镜将反射光束413引导到检测器207上并且还将反射光束409引导到检测器208上。正如下面将要解释的，沿着透镜的物体平面定位所述检测器，以便从以特定角进入透镜的光束接收最大强度。这使得能够确定与每个发射器-检测器对相对应的二维区域中的位置。在图2中，这些位置是发射光束与反射光束之间的交点。在图2中，五个这样的位置被编号为902-906。
根据本发明的实施例，通过处理器702每个发射器与每个检测器同步地共激活。如果在共激活期间检测到反射光，则表明物体位于以下相应的相交位置附近，即：激活的发射光束与对于共激活的检测器的相应反射光束之间的相交位置，如图2所示。通过在共激活的发射器-检测器对当中确定一发射器-检测器对(对于该发射器-检测器对，检测器检测到最大量的光)，以及通过识别与其关联的位置，处理器702计算物体的坐标。例如，对于发射器-检测器对102-202识别到最大检测，即，当沿着光束408反射发射光束404时。与该检测对应的位置是检测平面中的位置902。处理器702确定附加位置，该附加位置与共激活的发射器-检测器对相关联并且邻近所识别的最大检测的位置，例如，相应位置是903的发射器-检测器对102-203以及相应位置是905的发射器-检测器对101-202。也可以应用附加的检测及它们的相应位置，例如，与位置904和906相应的检测。处理器702计算所识别的最大检测的位置以及如此确定的附加位置的加权平均数，其中在所述平均数中每个位置的权重对应于针对与那个位置关联的发射器-检测器对的反射光束的检测程度。
处理器702可操作，以便与多于一个的检测器同时地同步地共激活一个发射器。在一些实施例中，处理器702应用下面所描述的霍夫变换计算物体位置。
诸如LED等发射器以及诸如光电二极管(PD)等检测器通常安装在单独的基片上并且包封在单独的透镜盖中。为了降低接近传感器512的成本，在一些实施例中，发射器和检测器作为裸二极管安装在接近传感器512的PCB或者其它基片上，而没有单独的透镜并且没有单独的基片。透镜阵列312用作这些二极管的唯一透镜。在这种情况下，接近传感器512可以被当做大的、多二极管部件。该部件可以被预先制造并且通过ODM或者通过终端用户插入到装置中以提供接触式检测。
例如，该部件能够被放置在汽车窗户的上面或者下面以便允许使用者在车窗上执行轻拍和手势输入。处理器702包括通信器处理器，例如，用于与汽车的立体声音响或者使用者的电话无线通讯的类似地。该部件能够被放置在房间窗户的上面或下面或者放置在房间的墙壁上，以便允许使用者执行在窗户或墙壁上的轻拍和手势输入。可以在窗户玻璃上或者窗户玻璃内或者在墙壁上放置带有数字和图标的透明纸片，以表明用户在每个位置的触摸激活了什么输入操作。
在说明书中，接近传感器512也被称作接触式传感器条501以及接触式传感器条510。
参照图3，它是应用根据本发明实施例的接近传感器512的触感屏系统的简化图表。图3显示了接触式传感器条501，其检测通过遥远物体901反射的光。接触式传感器条501包括五个PD 201-205。在每对PD之间插入LED。因此，在接触式传感器条501中具有四个LED。然而，图3中仅仅显示了其中一个LED，即LED 101。
接触式传感器条501包括位于LED和PD前面的导光管301，其执行两个功能：首先，它校准来自发光二极管的光并且将光发射穿过屏幕表面，如光束401所显示的；其次，它将以固定角度进入导光管301的反射光402聚焦在光电二极管上。因此，导光管301包括相连的一系列准直透镜，其中的透镜302和303被显示在图2B中。透镜302被显示为校准发射器101的光束，透镜303被显示为将以特定的固定角进入导光管301的反射光402集中在光电二极管205上。
参照图4和图5，它们是根据本发明实施例的接触式检测装置的分解视图。图4显示了从上方观察的接触式传感器条510的分解视图。在顶部壳体部件601与底部壳体部件602之间，显示了PCB 603和导光管310。PCB 603具有一排交替的LED 101和PD201，藉此位于所述排的两端的最外二极管是PD201。因此，在PCB 603上具有交插有10个LED的11个PD。图3还显示了由10个准直透镜311形成的导光管310，一个透镜直接与每个LED相对。如上所述，每个准直透镜311执行两个功能：校准离开的光束以及将进来的反射光束聚焦在PD上。所述LED位于它的相对透镜的焦点处。每个PD距离该焦点的横向偏离确保了所述透镜仅仅将位于窄的角度范围内的进入光束引导到PD上。透镜311上的入射角大于或小于该窄的角度范围的进入光束被集中远离所述目标PD。
为了防止杂散LED光充满相邻的PD，一系列光阻挡件320-321将每个LED与它的相邻PD隔开。图5显示了从下面观察的接触式传感器条510的另一个分解视图。显示所述光阻挡件320和321从顶部外壳601的下侧突出。
参照图6，它是从根据本发明实施例的接触式检测装置的上方看的视图。图6显示了从上方观察的接触式传感器条510的视图。图6显示了一排交替的LED101和PD201，每个二极管由阻挡件320和321隔离；与每个LED101相对的透镜311；以及用于按次序地激活LED101和PD201并用于接收PD检测信号的控制器701。基于PD检测信号执行的触摸计算通过控制器701实施，或者卸载到一个单独的处理单元(例如主机)上。
参照图7-12，它们是根据本发明实施例的用在触感屏系统中的发射光束和反射光束的简化视图。图7显示了基于分别由PD210和PD211检测的两组反射光束411和412对远方物体910的检测。图7显示了如何通过PD210和PD211检测来自一个发射器111的光束。反射光束411和412均以一定角度进入相应的一个透镜311，藉此所述透镜将光束聚焦在相应的PD中。
图8显示了用于透镜311的设计考虑以及发射器101和PD201的放置。透镜311是非球面并且被优化以便获得平的图像平面912以同时地维持在LED101和PD201上的聚焦。LED101位于光轴上，中心在透镜311上。点913是图像平面912中的LED101的图像。PD201位于视野的边缘上。点914是图像平面912中的PD201的图像。在通过物体平面916上的透镜捕获的图像方面，LED101是中心像素，PD201是位于所捕获图像的边缘的像素。穿过透镜311的宽度看，由PD芯片的尺寸确定用于PD201的视野。在PD201的视野外侧从一个角度撞击透镜311的光线将在相同的平面916中形成图像，但是在LED101与PD201之间的某处。因此，这些光线不会被PD201所捕获。
发射器101光束420与反射的PD201光束421之间的角度915被选择成与有效的接触检测区域的预期形状相符。当所述有效的接触检测区域是方形时，角度915是方形一半的对角，即：tan-1(1/2)≈26.6°。当视野深度比接触式传感器条的宽度更长时，角度915更小。
图9显示了LED101的侧视图，所述LED101在屏幕911的表面的上方并穿过它发射光束410。除了被透镜311校准外，光束410被稍微向上地引导，远离屏幕表面。这就减少了由屏幕911的表面反射的光的量，以便最大化用于接触检测的光。
图10显示了从一个准直透镜311、发射器101和PD201的上方观察的视图。以光束410和411的入射角之间的入射角接近透镜311的反射光束被聚焦在位于发射器101与PD201之间的位置。以比光束411更尖锐的入射角接近透镜311的反射光束被聚焦在PD201上方的位置。因此，所述透镜和PD的布置确保了所述系统对于以特定角度进入透镜311的反射光敏感。
图11从透视图显示了图10中的透镜和部件。
图12显示了由物体910反射的光束411和412，所述物体距离接触检测条510为距离3。基于PD和透镜所配置的检测角，如上所述，在PD210和211处产生最大的检测信号。因此，接触位置被确定为与激活的发射器111相对，在距离3处。这些坐标容易被转换成x、y屏幕坐标。如果例如接触位置是沿着光束410但是距离接触检测条510为距离2，那么最大检测信号将到达PD212和213。类似地，如果接触位置是沿着光束410但是距离接触检测条510为距离1，那么最大检测信号将到达PD214和215。更一般地，沿着发射光束的每单位距离对应于PD与发射器的偏离。因此，PD214和215与发射器111偏离为0，PD212和213偏离是1，并且PD210和211偏离是2。通过光束411和412显示右检测角和左检测角。
参照图13和14，它们是根据本发明实施例的接触检测图的视图。图13显示了PD偏离，其映射到屏幕上相应的接触位置，用于来自发射器0-9的光束。在图13中，PD偏离被表示为传感器偏离，发射器指数被表示为源指数。每个发射光束由开始于其中一个源指数的竖直线表示。在所映射的触敏区域上的钻石图案的每个顶点对应于平面上的接触位置，并且对角虚线表示以特定的右检测角和左检测角反射的光束。每个顶点的高度对应于PD与发射器的偏离。因此，尽管PD在一排中交织有发射器，但是为清楚起见PD偏离在图13中沿着第二轴线布置。
在上述例子中，每个检测器从两个透镜接收光束，并且位于第一透镜的物体平面中的第一位置处，在与第二透镜的物体平面的相对位置。结果，它被定位成检测相对于透镜光轴以角度θ进入第一透镜的反射光束，以及相对于光轴以角度-θ进入第二透镜的反射光束。结果，与第一发射器-检测器对关联的许多位置也与第二发射器-检测器对关联。为了提供与发射器-检测器对关联的更独特的位置，检测器被定位在相对于它的两个透镜非对称的位置。这在图15中被显示。
参照图15，它是根据本发明实施例的具有交替的发射器和检测器的透镜阵列312的简化视图。图15显示了检测器，它相对于透镜阵列312的两个透镜处于两个非对称的相对位置。因此，发射光束403由反射光束407和406在两个不同的位置907和908相交。在一些实施例中，每个检测器位于它的透镜的物体平面中的稍微不同的位置对上。这就提供了与发射器-检测器对相关联的非均匀的位置分布。
接触坐标算法
该部分详细描述了被执行以确定所跟踪物体的位置的操作。如之前段落所解释的，对于每个激活的发射器，任何PD可以根据发射器和反射物体之间的距离接收聚焦的反射光束。因此，对整个屏幕的扫描输出了一个PD检测数值表格，其中列对应于LED，排对应于PD。因此，对于具有10个LED和11个PD的检测器，所述输出表格具有11排和10列，其中第一列的11个条目包含了当激活发射器1时在每个PD处的检测数值，第二列的11个条目包含了当激活发射器2时在每个PD处的检测数值，等等。表I是包含原始检测数值的示例性表格。
表I：原始检测数值
当激活LED 5时，分别由PD 4和PD 7获得表I中的两个最大值，即：原始检测数值141和144。PD 4和PD 7具有离LED 5的偏离1，因为PD 5和PD 6是LED 5的紧挨的左邻和紧挨的右邻，并具有偏离0。
相比较由远处物体反射到距离激活LED偏离为7或8的PD上的光的量，由附近物体反射到距离激活LED偏离为0或1的PD上的光的量更大。事实上，假设所有其它系数保持恒定，PD偏离越大，到达PD的光线越少。PD数值由具有给定分辨率的A/D转化器数字化，诸如12位或16位。为了完全利用数值范围，在特定实施例中，每个发射器用不同的电流量激活，或者激活不同的持续时间，这取决于目标PD的偏离。偏离越大，电流和/或激活时间就越大，以便利用完整的数值范围，而不会有达到最大检测数值以及可能溢出那个数值的风险。其它因数有助于可能的或者期望的PD检测数值的范围，包括透镜311的高度以及指向对象的反射率。特别地，在屏幕表面上方的较大的透镜高度允许更多的光到目标PD上。在一些实施例中，用于不同PD偏离的期望的PD检测数值的量基于经验而启发式地确定。
在一些实施例中，A/D转换器输出比处理器所使用的位更多的位，以计算接触位置。例如，在一些实施例中，A/D转换器输出12位数值，处理器使用8位数值。在这些情况下，重要的是确定最大的期望的12位数值。基于该最大值，所述系统将仅仅在以下情况下移除最重要位(msb)：当所述数值在所移除的msb中包含非零数值没有风险时。如果溢出的风险阻止系统抛弃msb，则所述系统将移除次重要位(lsb)以达到8位数值。这些最大数值也通过启发法确定并且取决于所述PD偏离。
启发法也被用来为每个LED-PD对准备参照检测值。因此，在上述检测表中的每个检测到的PD值被相应的参照值除，以便将表格中的所有数值标准化至0-1的范围。图14显示了标准化检测值的检测图，其用于与偏离+/-5的LED2和PD相对应的接触。因为没有与LED 2偏离-5的相应的PD，所以仅仅偏离+5的PD产生了该最大检测信号。图14的检测图包括同心的实线和虚线形状917，其中每个内部形状大于其外部相邻，从而所述最大检测信号位于中心。如果图15要以彩色或者变化程度的灰度呈现，则最内形状将是最黑的，并且所述形状将随着它们的扩展而渐进地变得更浅。然而，从图14中已经去除了色彩和阴影以便使得它成为纯的黑白色。
不仅检测信号的绝对数值对于确定接触位置是有用的，而且相邻信号之间的关系也是重要因素。
参照图16-21，它们是根据本发明实施例的简化的接触检测图，用于显示用来计算触感屏幕系统中的接触位置的算法。图16显示了图13的检测图的一部分。如上所述，实心竖直线代表发射光束。更精确地，每条竖直线代表来自给定发射器的光束的中心。所述发射光束被认为具有围绕光束中心的通常的钟形分布。类似地，图16中的实心对角线代表在给定偏离的PD处产生最大检测数值的最佳反射光束。用于与这些对角光束平行并位于它们之间的光束的检测数值被认为在具有给定偏离的PD处具有通常的钟形检测分布。通过比较相邻的检测信号，这些分布特性提供了以下能力：确定实心竖直线与对角线之间的位置、或者确定表示最大检测点的图13检测图中的顶点之间的位置。因此，接触点是基于下面列举的六个引理。
引理1：如果平行于PD的对角检测线平移反射物体，那么检测相同LED的相邻PD的检测信号之间的关系保持恒定。
图16显示了引理1。图16显示了图13的检测图的一部分，其中三条实心竖直线代表三个发射光束的一部分，四条实心对角线代表四个检测光束。如上所述，最大检测水平的点位于发射光束与检测光束相交的顶点处。在图16中标出了三个这样的顶点，即：p0、r1和d1，每个标记位于它相应顶点的右侧。在接触物体处于p0与d1之间的中点的情况下，代表点p0的检测信号和代表点d1的检测信号的比率大约是相等的。而且，只要接触物体沿着p0和d1之间的对角虚线平移，则该比率保持恒定。因此，基于检测相同LED的相邻PD的两个最高检测信号之间的比率，可以在图16中平行于对角虚线画出一条线，并且接触位置应当是在所画线上的某处。取决于该比率的幅值，该所画线将更靠近顶点p0或者d1。
引理2：如果平行于LED的竖直发射器线平移反射物体，那么检测两个相邻LED的一个PD的检测信号之间的关系保持恒定。
图16也显示了引理2。顶点p0代表LED光束，它的反射在距离激活的LED偏离n的PD处被检测。顶点r1代表相邻的LED光束，它的反射在距离激活的LED偏离n+1的PD处被检测。然而，由于用于r1的激活的LED是用于p0的激活的LED的相邻物，用于p0的偏离为n的相同的PD被用于r1，因为距离r1LED的该PD偏离是n+1。在接触物体位于p0与r1之间的中点处的情况下，代表点p0的检测信号和代表点r1的检测信号的比率将大约相等。而且，只要沿着p0和r1之间的竖直虚线平移接触物体，则该比率保持恒定。因此，基于检测两个相邻LED的一个PD的两个最高检测信号之间的比率，可以在图16中平行于所述竖直虚线画一条线，并且所述接触位置应当在该所画的线上的某处。取决于该比率的幅值，该所画的线将更靠近顶点p0或r1。
引理3：将引理1和引理2结合起来提供了长菱形区域，接触位于该长菱形区域中。该长菱形区域的顶点中的三个是顶点r1、p0和d1。而且，精确的接触位置是在引理1的所画线与引理2的所画线之间的相交点处。
引理1-3适用于从单个点反射光的小的接触物体。更大的接触物体垂直于LED光束沿着物体的一侧反射。因此，在大的接触物体的情况下，具有代表一系列反射点的更宽更均匀的最大检测值分布，所述一系列反射点离它们相应的LED是等距离的。引理4-6与大的接触物体相关。
引理4：如果垂直于LED的竖直发射线平移反射物体，那么检测相同LED的相邻PD的检测信号之间的关系保持恒定。
引理4-6被显示在图17中。图17显示了图13的检测图的一部分，其中三条实心竖直线代表三条发射光束的一部分，四条实心对角线代表四条检测光束。如上所述，最大检测水平的点位于发射光束与检测光束相交的顶点处。在图17中标记了三个这样的顶点，即p0，r1和d1，每个标记位于它的相应顶点的右侧。在大的反射物体位于p0和d1之间的情况下，代表点p0的检测信号和代表点d1的检测信号的比率大约是相等的。而且，只要接触物体沿着p0和d1之间的水平虚线平移，则该比率保持恒定。因此，基于检测相同LED的相邻PD的两个最高检测信号之间的比率，可以在图17中平行于对角虚线画出一条线，并且接触位置应当是在所画线上的某处。取决于该比率的幅值，该所画线将更靠近顶点p0或者d1。
引理5：如果平行于LED的竖直发射器线平移反射物体，那么具有距离它们相应的LED类似偏离的检测信号之间的关系保持恒定。
因为引理5涉及宽的反射物体，所述反射物体在距离一排LED同等距离的多个位置反射光，所以两个最高检测数值将来自距离它们相应的LED具有类似偏离的相邻的PD。因此，引理5也显示在图17中。顶点p0代表LED光束，其反射在距离激活的LED偏离n的PD处被检测。顶点r1代表相邻的LED光束，其反射也在距离它的激活的LED偏离n的PD处被检测。在接触物体位于p0和r1之间的点的情况下，代表点p0的检测信号和代表点r1的检测信号的比率将大约是相等的。而且，只要接触物体沿着p0和r1之间的竖直虚线平移，则该比率保持恒定。因此，基于检测两个相邻LED的两个相邻PD的两个最高检测信号之间的比率，可以在图17中平行于竖直虚线画一条线，并且接触位置应当在所画线上的某处。取决于该比率的幅值，该所画线将更靠近顶点p0或者r1。
引理6：将引理4和引理5结合起来提供了矩形区域，接触位于所述矩形区域中。该矩形区域的顶点中的三个是图17中的顶点r1、p0和d1。而且，接触位置是在引理4的所画线与引理5的所画线之间的相交点处。
根据本发明的特定实施例，基于引理1-6的结合推导出接触位置。该方法以三个步骤进行。步骤1：计算沿着两个相邻LED光束的两个插入点。步骤2：画出连接所述两个插入点的线。步骤3：通过插入在步骤1计算的两个端点的幅值而计算沿着在步骤2画出的线的点。参照图18描述该方法。
图18显示了图13的检测图的一部分，其中所述三条实心竖直线代表三个发射器光束的一部分，四条实心对角线代表四个检测光束，如上所述，最大检测水平的点位于发射光束与检测光束相交的顶点处。在图18中标出了六个这样的顶点，即，p0、d0和d1，每个标记在相应顶点的右边，以及r1a、r1b和r1c，每个标记在相应顶点的左边。当执行该方法时，点p0是用于该接触物体的最大检测信号。用于点p0的PD具有两个相邻的PD，一个在左边(用于检测点d1)，一个在右边(用于检测点d0)，这两个相邻的PD也检测如用于p0的LED相同的LED。使用具有较高检测信号的PD。在图16A中，检测与p0相同LED的相邻PD的第二检测信号是d1。在p0和d1处的标准化检测信号被插入，以便在顶点p0和d1之间的LED光束上产生新的位置c0。除了位置c0之外，该插入还计算在c0处的信号的幅值。
接着，该方法计算沿着相邻LED光束的第二新位置。因此，比较来自左和右相邻光束的相关反射并且应用返回较大信号的光束。在图18中，选择在p0光束左边的光束。顶点r1b使用与用于p0相同的PD，但是它检测左相邻LED。接着，比较在r1a和r1c处的标准化信号并且选择较大的信号。插入r1b检测信号和所选择的r1a/r1c信号以便在顶点r1b和r1a或r1c之间的LED光束上产生新的位置c1。除了位置c0之外，该插入还计算在c1处的信号的幅值。
所述两个点c0和c1限定一条线，将要在所述线上发现接触位置。这是图17中的虚线。所计算的c0和c1处的信号幅值被插入以确定沿着该线条的接触位置。
如上所述，这两个信号之间的关系被表达为它们之间的商(q)。假设源光束光强度在光束中心线的两侧上表现为正常分配。反射强度与光强成比例。还假设反射的检测信号值在检测中心线的两侧作为正常分配被分配。这些分配的标准偏差根据反射物体的距离而改变，但是假设在小的距离范围内是恒定的。
由于信号的反射(r)和检测(d)强度s-fsr和fsd分别是正常分配，所以它们被表示为高斯函数：
(等式1)
其中i是r或者d,x是反射位置，xsi是源光束或者传感器检测线的位置，pi(x)是在当前反射距离处的典型峰值强度，并且A是幅值。那么两个强度之间的商是：
(等式2)
赋值x∈[0，1]，并且近似则等式2可以简化成:
(等式3)
这就给出了插入的坐标x:
(等式4)
以及幅值A:
(等式5)
在一些实施例中，当将要由接近传感器检测的物体的尺寸和形状是已知的时候，应用霍夫变换。例如，当使用手指执行输入时，在检测平面中它的预期形状是已知尺寸的椭圆。在这种情况下，处理器702在检测平面中设有多个候选椭圆。处理器702确定哪个共激活发射器-检测器对的检测器产生检测信号，并且识别与其关联的位置。接着，处理器702对于共激活发射器-检测器对中的任两个(它们的两个关联位置是相邻的)插入检测信号，以确定那两个关联位置之间的中间位置。处理器702然后为每个中间位置分配一方位。所述方位垂直于将这两个相邻的关联位置连接起来的线。图19中显示了这个过程。
图19显示了位置902-906，每个与一发射器-检测器对关联。位置902交插有位置903以产生具有水平方位的中间位置952。与位置902对应的检测信号在该示例性例子中大于与位置903对应的检测信号。因此，中间位置952的位置相比较位置903更靠近位置902。类似地，中间位置953应用位置904和905而插入，其中与位置904对应的检测信号大于与位置905对应的检测信号，并且利用位置905和906而插入位置954，其中与这些位置对应的检测信号大约是相等的，因此位置954在位置905和位置906之间的中点处。
对于每个候选椭圆，处理器702将匹配值分配给候选椭圆，所述匹配值代表候选椭圆的边与中间位置的位置和方位之间的匹配程度。图20显示了四个椭圆955-958。因为所插位置953的方位与这些椭圆中它的相应位置的方位不匹配，所以所插位置953被分配与椭圆955和956的高匹配值以及与椭圆957和958的非常低(或者零)的匹配值。
处理器702计算对于每个候选椭圆的如此分配的匹配值的总和，并且规定具有如此计算的最大总和的那个候选椭圆为检测平面中物体的位置。
实施
为了最值过滤信号。最值是大于它的八个紧邻相邻物(顶部、底部、左侧、右侧和四个对角相邻物)的信号。对于触敏区域的以下部分，即在该部分中反射物体产生两个检测信号(即，位于距离有效LED偏离+n处的一个检测信号以及偏离-n处的一个检测信号)，将通过反射物体产生两个最值。在该情况下，在一些实施例中，仅仅使用这两个最值中的较大一个。图21显示了最大值930。
如上所解释的，最大信号是反射物体位于其中的区域的一个角部。该区域是连接毗邻相邻物的矩形或菱形。选择该区域以包括最强信号，推导的反射位置将位于该区域内的某处。
接着，比较邻近所述最大信号的两个信号，即，位于最大信号PD的任一侧上的两个PD检测与最大信号相同的LED。这些与图21中的最大值930上面和下面的顶点相对应，沿着相同的发射光束。选择这两个信号中的较大一个，并且相应地，矩形或菱形物体位置区域的一侧从最大信号顶点延伸至选择的相邻顶点。在图21中，选择最大值930上面的顶点。
接着，比较来自左边相邻LED和右边相邻LED的信号，以决定是否将反射物体所处的区域延伸到左边或右边。在左侧，使用直接在第一区域侧上的位置的左边的两个位置，加上直接在它们下面的另一个位置。在右侧，它是右边的两个点，加上它们上面的另一个点。包含最高信号的那一侧是所述区域延伸到其上的那一侧。在左侧，如果最高信号比最低信号更强，则反射物体位于其中的区域被确定为是矩形。如果不是，则它是菱形，所述菱形延伸以包括最低位置。在右侧，进行相同的比较。如果最低信号比最高信号更强，则反射物体位于其中的那个区域被确定为是矩形。如果不是，则它是菱形，所述菱形延伸以包括最高位置。在图21中，反射物体位于其中的那个区域是延伸至左边和下面的菱形，即，在它的右下角具有顶点930的菱形931。
如上所解释的，代表来自一个LED的两个反射检测的每对选取的顶点被插入，以获得限定线932的两个点(在图18中，c0和c1)，反射物体位于所述线932上。计算所述点的位置和幅值，如上所述。
再次使用相同的插入方法以获得沿着该线的反射位置以及它的幅值。所述幅值可以解释为反射率，该反射率又与反射物体的直径成比例。
有时，识别多个未连接的最值。在这些情况下，计算每个最大值的插入位置和反射率。发现具有高于限定阙值的反射率或幅度值的那些坐标作为反射物体位置而储存。因此，代表整个被扫描接触区域的框架可以包含联立的接触物体的列表，每个物体具有相应的位置。
在一系列这些框架中，时间t+1处的框架中的反射物体与时间t处的前面框架的反射物体相比较。根据配对物体之间的最小距离，应用贪心配对算法，对这两个框架中的物体配对。配对的物体作为相同物体被跟踪。没有配对的新障碍作为新的跟踪目标被添加，移除掉没有与新跟踪目标配对的旧跟踪目标。
所跟踪障碍的位置和反射率参数作为旧参数被计算(在时间t)，基于恒定速度利用预测被更新，并且朝着新参数分部插入(在时间t+1)。使用检测的位置ld连同追踪的速度矢量v0来更新之前追踪的位置l0，以确定更新的位置l1和速度v1：
l1＝(1-α)(l0+βv0)+αld， (等式6)
v1＝l1-l0， (等式7)
其中α是在插入中应用于检测的(t+1)位置的相对重量，并且β代表假设速度有多恒定。
参照图22和23(a)-(f)，它们是根据本发明的用于不同触感屏幕系统实施例的简化的接触检测图。如上所述，光学接近传感器PD与透镜配对，所述透镜对于角度θ优化反射光的检测，通过图22和23(a)-(f)中所显示的对角线表示。图22和23(a)-(f)中的竖直线代表由传感器LED发出的光。检测热点是竖直发射光束与对角优化检测路径之间的交叉点。这些热点由每个交点处的小圆表示。
图22显示了三角形部分919，这里物体不被传感器检测。图23(a)-(f)显示了光学接近传感器能够检测物体的区域的尺寸如何取决于传感器的PD所优化的角度。在图23(a)中θ＝20°；在图23(b)中，θ＝30°；在图23(c)中θ＝40°；在图23(d)中θ＝50°；在图23(e)中θ＝60°；在图23(f)中θ＝70°。在图23(a)-(f)的例子中，离传感器条的最大距离是120毫米，并且条是91毫米长，沿着条的相邻光学元件之间的间距是7毫米。在图23(a)中，屏幕的高度(120毫米)覆盖有检测热点。
这些热点的密度可以被分解成光学x分辨率和光学y分辨率，所述光学x分辨率是传感器条中的相邻光学元件之间的间距，所述光学y分辨率取决于角度θ。图23(a)-(f)中显示的例子显示了沿y维度增加的分辨率如何对应于较浅的检测区域。
因此，本发明教导了双分辨率屏幕，藉此毗邻传感器条的窄的区域提供了高分辨率的接触检测，离传感器条更远的第二区域提供了低分辨率的接触检测。参照图24和25，它们是根据本发明实施例的双分辨率传感器的简化视图。图24显示了接触式传感器条511、窄的高分辨率检测区域921和低分辨率检测区域922。对于该双分辨率传感器的一个应用是提供GUI，其中键盘和其它轻拍激活式控制位于高分辨率区域，而在低分辨率区域中支持诸如挥动手势和捏掐手势等粗手势。
两种方案提供了多分辨率区域。第一种方案在每两个发射器之间放置两个检测器。因此，每个透镜间距具有两个检测器和一个发射器，并且每个透镜将四个不同的反射光束引导到四个不同的检测器上。这显示在图25中，该图显示了发射器101-103以及检测器201-204。
第二种方案教导了一种接触式传感器条，其中针对第一检测角度(例如θ1＝50°)优化一些PD透镜，并且针对不同检测角度(例如θ2＝20°)优化其它PD透镜。所述第一检测角度提供了毗邻所述条的高分辨率检测区域，并且所述第二检测角度以较低的分辨率提供远离所述传感器条的检测。
参照图26(a)和26(b)，它们是用于根据本发明实施例的双分辨率传感器中的两个检测图的简化视图。图26(a)显示了从传感器延伸120毫米的区域，但是具有20毫米的低光学y分辨率，图26(b)显示了靠近传感器的检测区域，具有6毫米的较高光学y分辨率。
在建议的双分辨率传感器条的特定实施例中，保持上面参照图4和图5描述的交替的LED 101和PD 201布局，并且PD 101定位成从第一检测角θ1接收最大量的光。另外，提供第二平行排的PD，用于从第二检测角θ2接收最大量的光。因此，在双分辨率传感器中使用的PD是图4和5传感器中使用的PD的两倍，并且在双分辨率传感器中反射的光束在两个PD之间分摊。
参照图27，它是根据本发明实施例的从用于双分辨率传感器的PCB上的LED和PD的上方看的简化视图。图27显示了在双分辨率传感器实施例中在PCB 603上的光学元件的布局的顶视图。图27显示了第一排交替的LED 101和PD 201以及平行排的PD 202。第二排中PD202之间的间距与第一排中PD 201之间的间距相同。
参照图28，它是根据本发明实施例的双分辨率传感器的简化横截面视图。图28显示了透镜和PD在双分辨率传感器中的布置。PD 202提供了靠近传感器条的窄的高分辨率检测区域921，PD 201提供了更长的低分辨率检测区域922，它延伸得更远离传感器条。图28中显示的是屏幕100、PD 201和PD 202安装在其上的PCB 603以及导光管304。导光管304包括三个反射面：305、306和307。由物体触感屏幕100反射的光进入导光管304并且通过反射面305被向下引导。该向下的光束然后通过两个反射器307和306分割，所述两个反射器307和306分别将光束的不同部分引导到PD 201和PD 202上。
应用
本发明广泛应用于具有触敏式屏幕(包括小型、中型和大型屏幕)的电子设备。这些设备尤其包括计算机、用于手提电脑和计算机的跟踪板、家庭娱乐系统、车载娱乐系统、安全系统、PDA、手机、电子游戏和玩具、数字相框、数字音乐仪器、电子书阅读器、电视和GPS导航。
次键盘显示器
参照图29，它是根据本发明实施例的双显示器手提电脑的简化视图。所述手提电脑的特征是通过铰链连接起来的两个面板。上面板包含主手提电脑显示器131。下面板包含用作手提电脑的输入装置的触敏式次显示器132。因此，在次显示器132上提供键盘，并且通过使用者轻拍显示的键而输入文本。轻拍手势的特征是与次显示器的简单接触，即：接触和释放。因此，轻拍手势能够与滑动手势区分开，滑动手势的特征是与显示器的长时间接触，在此接触期间沿着显示器移动接触点。因此，除了文本输入，当使用者在次显示器上滑动他的手指时，次显示器控制主显示器上的鼠标光标。
根据本发明的实施例，结合次显示器132使用的接触式传感器是光学接近传感器512，如上所述，它沿着次显示器的一条边设置。参照图30，它是根据本发明实施例的双显示器手提电脑的一部分的简化视图。图30显示了沿着次显示器的顶边的边框331，用于容纳光学接近传感器。
参照图31，它是根据本发明实施例的PC的简化视图。图31显示了根据本发明实施例的具有显示器131、键盘133和两个跟踪板134的PC。
参照图32，它是根据本发明实施例的图31的PC的键盘133的简化视图。所述键盘具有四个嵌入式光学接近传感器513-516。光学接近传感器513、515和516背离键盘沿着键盘133的左边、右边和底边放置，以检测在围绕键盘的空间内手和手指的手势。这些手势用于计算机的输入，例如，控制鼠标指针或者放大或旋转显示器上的图像。光学接近传感器514是沿着键盘133的顶边并且面对键盘。它被用来在输入到计算机时检测沿着键的表面的滑动手势，例如，用于控制鼠标指针或者放大或旋转显示器上的图像。键盘相对于传统跟踪板的大尺寸允许将键盘表面分隔成两个跟踪板部分。键盘133的左半部用作绝对位置跟踪板。这意味着在键盘的该半部上的每个位置被映射到屏幕上的相应位置。在执行滑动手势之前，鼠标光标位于屏幕上的某个初始位置。当在键盘的左半部上执行滑动手势时，鼠标光标突然移到显示器上的相应位置。例如，当鼠标光标位于显示器的右上角并且使用者在键盘的左下角开始滑动手势时，鼠标光标从屏幕的下边角开始其相应的运动。这就不用使用者费劲进行长的鼠标动作来移动光标穿过屏幕。键盘133的右半部用作相对位置跟踪板，这意味着当在键盘的该半部中检测滑动手势时，根据滑动手势的相对运动，从鼠标光标的初始屏幕位置平移鼠标光标。因此，使用者能够在键盘的左半部执行初始滑动手势以便将鼠标光标放置在屏幕的期望区域，然后在键盘的右半部应用滑动手势以移动光标。
参照图33，它是根据本发明实施例的PC跟踪板134的简化视图。跟踪板134是稍微朝着使用者倾斜的丙烯酸透明平板。沿着跟踪板的顶边的光学接近传感器517追踪平板上使用者的手势。因为在光学传感器外侧在跟踪板上不需要电子器件，所以跟踪板134由完全干净、透明的丙烯酸塑料或玻璃制造。
参照图34，它是根据本发明实施例的透明PC键盘135的简化视图。还参照图35，它是根据本发明实施例的图34的透明键盘135的侧透视图。与图33的跟踪板134类似，通过沿着键盘135的上边缘的光学接近传感器以及丙烯酸透明平板而启动键盘135。所述透明丙烯酸平板具有蚀刻在它的内部的键盘字母，从而当可见光被发射到丙烯酸平板上时，通过蚀刻而反射光，使得字母可见。当该光线被断开时，蚀刻不可见并且键盘呈现为空的透明板。因此在键盘模式中，可见光出现；在鼠标或挥动手势输入模式中，可见光断开。可见光源连同光学接近传感器一起沿着丙烯酸平板的上边缘安装。
参照图36，它是根据本发明实施例的提供键盘和GUI功能的次显示器的简化视图。图36显示了具有触敏式显示器的键盘。键盘字母由显示器呈现。然而，应用程序也能够允许其它UI控件来表示什么手势执行键盘显示。在图36中提供了两个滑动轮136和两个滑动条137，表示使用者可获得的旋转手势和滑动手势。
参照图37，它是根据本发明实施例的手提电脑键盘的简化视图。还参照图38，它是根据本发明实施例的图37的手提电脑键盘的简化横截面视图。图37显示了图29和30的手提电脑，除了在图37中次显示器132应用光束432之外，所述光束432在沿着显示器132的相对边放置的发射器101与接收器201之间在显示器上方穿过。导光管332提供边框，该边框在显示器112上方延伸以便越过并穿过所述显示器发射光束432。在图37和33的实施例中，由围绕的边框形成的显示器上方的腔室被填充有清澈液体139。从发射器101到接收器201的光束穿过清澈液体139。在液体层139上方放置的是薄的透明的弹性塑料膜141。可以通过液体139和塑料膜141看到下面的次显示器132。当使用者按压弹性塑料膜141时，例如为了选择在次显示器132上显示的键盘字母，他的手指在液体139中造成压痕，该压痕使得手指位置下面的光束432中断。当使用者按压次显示器132上方的可延展层时，液体和弹性也为使用者提供了触觉。与塑料膜141或液体139连接的可选触觉发生器提供了附加的触觉反馈。为了让使用者的手指压痕阻挡足够量的光束，从而使接触造成检测光的大量减少，光仅仅靠近边框的顶部发射通过液体139的薄的上层。这通过光阻挡器140而实现，所述光阻挡器140防止光束432在显示器132的表面附近进入液体139。在其它实施例中，代替用液体填充腔室，用透明凝胶或者弹性的胶状固体材料填充腔室。
竖直工具栏接近手势
来自微软公司的Window 8操作系统的特征有：已知为超级工具栏的竖直工具栏，它可以通过从触感屏幕的右边挥动或者将光标指在屏幕右角的热点处而接近。是微软公司的注册商标。超级工具栏提供对系统以及与应用相关功能(诸如检索、共享、设备管理、设置和开始按钮)的接近。从触感屏幕主显示器的左边挥动或者点击主显示器的左上角允许人们在应用和桌面之间切换。为了使这些挥动手势对于使用者方便，许多计算机支持挥动手势，所述挥动手势开始于有效显示区域外侧的边界中。根据本发明的实施例，提供了替换的手势，用于与从主显示器的边缘的挥动相同的功能。通过将手放置在主显示器边缘之外的空间中并且朝着所述边缘移动手而执行该手势。如果该手势被继续直到手接触主显示器壳体，则手将接触显示器的厚度。即，手将接触将显示器前部连接至显示器后部的壳体的边缘。然而，手不需要到达显示器。从侧边接近显示器的物体的检测被识别为手势。
参照图39，它是根据本发明实施例的具有接近传感器的PC的简化视图，所述接近传感器用于检测接近显示器侧边的挥动手势。图39显示了PC显示器131，其具有沿着显示器壳体的外部左边缘布置的光学接近传感器512，用于检测在显示器边缘之外的空间中的该接近手势。为了使得这些挥动手势对于使用者方便，许多现有技术的计算机支持挥动手势，所述挥动手势开始于有效显示区域外侧的边界中。根据本发明的所述接近手势使得有效显示区域最大化，因为对于该手势不需要围绕显示器的边界区域。根据本发明的所述手势也不需要接触所述有效显示区域，因此避免了由现有技术的挥动手势引起的显示器上的污迹，所述现有技术的挥动手势将手指拉进有效显示区域中。
对于键按压和鼠标手势应用次显示器
如上所述，本发明的实施例提供了次显示器，它是触敏式的并且用于键盘输入和鼠标输入。本发明提供了数种方法来区分键盘键按压和鼠标手势。
在第一实施例中，轻拍手势与键盘键按压相关联，滑动手势与移动鼠标光标的鼠标手势相关联。另外，提供了与键盘键按压不同的三种鼠标点击手势：单点击、双点击和右点击。
根据本发明的右点击手势是保持在一个位置的延长接触，它与快速接触和释放的轻拍手势截然相反。
双点击手势激活了位于鼠标光标位置处的事项。根据本发明，双点击手势与键按压的不同在于：双点击手势必然跟着另一个鼠标手势，即：它是在鼠标手势之后的第一轻拍。因此，在执行鼠标平移手势之后，接下去的轻拍手势可以是双点击手势的第一半或者是键按压手势。基于轻拍之后跟随着什么，所述系统消除该轻拍的歧义。如果在与第一轻拍大约相同的位置第一轻拍后面快速地跟随第二轻拍，则两次轻拍被当做双轻拍手势；如果在与第一轻拍大约相同的位置第一轻拍后面没有快速地跟随第二轻拍，则第一轻拍与键盘键按压关联。因此，针对跟随鼠标滑动操作后面的该第一轻拍，所述系统没有立即输入与相应的键按压手势关联的字母。相反，所述系统等待直到它确定了所述轻拍实际上是有意的键按压，而不是双点击手势的开始。然而，所有后面的轻拍毫无疑义地确定为是键盘键按压，直到执行另一个鼠标滑动手势。另外，双点击不会立即跟随双点击手势，因此即使当实施双点击时，第三轻拍肯定是键按压手势。因此，在屏幕上出现字母的延迟仅仅针对跟随鼠标操作(诸如滑动或者右点击)后面的第一轻拍手势而发生，而不用于任何其它键按压。
使用单点击来执行鼠标拖动操作。根据本发明的实施例，只针对第二鼠标滑动手势执行鼠标拖动操作，所述第二鼠标滑动手势快速地跟随第一鼠标滑动手势。因此第一滑动手势仅仅在屏幕上移动鼠标光标。如果使用者然后抬起手指并且在短时间内更换他在屏幕上的手指并执行第二滑动手势，则所述滑动手势被解释为拖动手势。基于观察到的使用者行为构造所述短时间值，但是在一些情况下它可以是1秒或2秒。为了执行移动鼠标光标而没有拖动操作的第二操作，必须有一暂停，该暂停比第一滑动手势和第二滑动手势之间的所述构造的短时间值更长。
在替换实施例中，键按压与鼠标手势之间的区别因子是执行所述手势的手指的数目。因此，单手指手势是键盘键按压，双手指手势是鼠标手势。由多于两个手指执行的手势也是鼠标手势。
根据本发明教导的系统基于被遮蔽的光脉冲检测接触，所述系统基于阴影区域的尺寸确定执行手势的手指的数目。较大的区域表示正使用多个手指。类似地，根据本发明教导的系统基于反射的光脉冲检测接触，所述系统基于检测反射的不同发射器-接收器通道的数目确定执行手势的手指的数目。与更多的接触位置相对应的更大数目的通道表明：屏幕的大的表面区域正在被鼓起地接触，即：正使用多个手指。
在特定实施例中，一个上/下可平移按钮阵列位于次显示器的顶部上，以提供当通过键盘输入数据时传统的按钮用户体验。参照图40，它是根据本发明实施例的示例性四按钮键盘底架的三个视图的简化视图，所述四按钮键盘底架位于触摸板的虚拟键盘部上方。图40显示了可移除底架12中的键10。触摸板14位于底架12的下面。发射器和接收器16显示为触摸板14的一部分。发射器和接收器16放置在表面14的下面，但是在图40中显示为位于屏幕的上方，以便清楚地表示接触检测光束20。
参照图41，它是根据本发明实施例的一个示例性四按钮键盘底架的横截面A-A的简化视图，所述四按钮键盘底架位于触摸板的虚拟键盘部上方。图41显示了在可移除底架12中的键10。触摸板14位于底架12的下面。显示发射器和接收器透镜22具有位于触摸板14的表面上方的接触检测光束20。
参见图42(a)–(c),它们是根据本发明实施例的被释放及按下的弹簧弹性键的简化视图。图37(a)显示了在可移除底架12的一部分中的键10。触摸板14位于底架12的下面。显示发射器和接收器透镜22具有位于触摸板14的表面上方的接触检测光束20。
图42(b)是按钮10的剖视图，其显示了弹簧机构24，用于将按钮10在底架12中向上地保持并且位于光束20的上面。图42(c)是按钮10的剖视图，显示了弹簧机构24通过由使用者压下按钮10施加的向下的压力而挤压。在这种情况下，所述按钮10的底部被降低以阻挡光束20。当使用者释放该向下的压力时，弹簧24将按钮10返回至它在图37(b)中的位置。
参照图43(a)和43(b)，它们是根据本发明实施例的按钮的横截面的简化视图，所述按钮由易伸缩的弹性材料(诸如橡胶)制造。图43(a)是在底架12中向上并且位于光束20上方的弹性按钮10的剖视图，所述光束20越过并横贯触摸板14发射通过发射器和接收器透镜22。
图43(b)是显示按钮10的剖视图，所述按钮10通过由使用者压下按钮10所施加的向下的压力而被压下。在这种情况下，按钮10的底部被降低以阻挡光束20。当使用者释放他的向下压力时，由于按钮10的弹性和易伸缩特性，按钮10返回至它在图43(a)中的位置。
参照图44(a)–(c),它们是根据本发明实施例的替换按钮构造的简化视图。图44的按钮10具有穿过它的主干的两个相交的腔室30，所述主干允许光束20通过。当按钮10被压下时，所述腔室被降低并且所述主干的实心部阻挡光束。
图44(a)是按钮的三维视图，图44(b)是按钮的顶视图，图44(c)是按钮的侧视图。图44(d)是沿着按钮的线M-M的视图。应用图42中的弹簧加载实施例或者图43中的弹性材料实施例将图44的按钮10保持在它的向上位置中。
根据本发明，这些按钮由光纤面板制造。光纤面板(FOFP)是相干光学纤维板，它精确地将图像从其输入表面传递至它的输出表面。因此，位于每个键下方的所显示的图像通过FOFP传递至键的上表面并且显示给使用者，看起来似乎图像位于键的上表面上。
然而，本发明提供了位于每个FOFP键与显示器之间的气隙以便使得当压下所述键时降低它。另外，在所述键的下方发射光束，使得被降低的键阻挡光束，从而表明哪个键被压低，如上所述以及如共同未决美国专利申请No.13/602,217中所述，该美国专利申请的名称为“用于键盘上的可移动按钮的光致动器”，申请日为2012年9月3日，它的内容通过参考的方式被结合在本文中。该气隙使得被显示图像在FOFP输入表面上模糊不清。在一些实施例中，所述气隙的高度是1.5毫米。
为了校正这个问题，本发明提供了在几毫米的距离上重现物体(在该情况下是显示屏)的多个微透镜阵列。参照图45，它是根据本发明实施例的位于键盘显示器与光纤面板键之间的微透镜阵列布置的简化视图。图45显示了在次显示器56与FOFP按钮的FOFP输入表面57之间以对称方式轴向对准的四个微透镜阵列51-54。在每个光学通道中，第一和第二微透镜阵列51和52在中间图像平面中产生显示屏的相应部分的缩小的反转图像。相同微透镜53和54的相反组将中间图像转送到FOFP输入表面57上。由于每个局部图像具有统一放大率，所以所有局部图像的总图像导致最终图像的完全重建。通过位于轴对称的中心的孔罩55而控制毗邻局部图像的尺寸和可能的重叠。
在示例性实施例中，所述透镜阵列是聚碳酸酯，0.1毫米厚；每个小透镜是0.2毫米的方形。孔罩具有0.076毫米的方形孔；物体到图像的距离是4.7毫米。
参考图46，它是根据本发明实施例的键或按钮59的简化视图。微透镜阵列51-54连接至FOFP 58并且它们一起上下移动。当按钮处于静止的非致动位置时，微透镜阵列与显示器表面之间的距离d1等于微透镜阵列与FOFP之间的距离d2。这确保了显示器上的图像在FOFP上清楚地再现。当通过使用者按压按钮而降低按钮时，距离d1减小，从而导致FOFP 58上的图像模糊不清。然而，对于使用者而言这不是问题，因为他的手指覆盖FOFP 58的输出表面，因此模糊不清的图像是看不到的。当使用者从键上移除他的手指时，键返回至它的静止位置并且FOFP 58再次清晰。
用于接近传感器的条形码
本发明的实施例提供了低成本的接近传感器，用于检测沿着线性UI控件的定向滑动手势。例如，音量控件被实现为沿着装置的边缘的窄窗户。沿着所述窗户在一个方向上的滑动提高了音量，而沿着窗户在相反方向的滑动降低了音量。
参照图47，它是根据本发明实施例的滑块控件的简化视图。图47显示了推拉窗的侧剖视图，所述推拉窗可操作以检测定向滑动。所述窗户包括两个毗邻的导光管：上导光管333耦接至发射器101，下导光管334耦接至检测器201。在所述两个导光管之间具有交错系列的不透明或反射性的光阻挡件335，它们不允许光线在这两个导光管之间通过。这些不透明或反射性元件之间的间距是不同尺寸的。由于全内反射(TIR)来自发射器101的光433进入导光管333，在那里它被约束。当手指触摸导光管333时，它使光线散射并且阻挠TIR，使得FTIR光的大部分434直接进入下部导光管334中并且朝着检测器201散射。然而，所述光只能通过不透明或反射性元件335之间的空间进入导光管334中。因此，当手指位于与一区域(在该区域中不透明或反射性元件335之间的空间是大的)相对的位置时，大量光将进入导光管334并且到达PD 201。相反，当手指位于与一区域(在该区域中不透明或反射性元件335之间的空间是小的)相对的位置时，较少的光将进入导光管334并到达PD 201。当手指沿着导光管333滑动时，它穿过各区段，所述各区段具有元件335之间的不同尺寸的间隙。结果，能够通过随着时间推移PD 201处的光检测图案推断出手指的运动。
参照图48，它是根据本发明实施例的应用图47的滑块控件的各种手势检测图案的简化视图。图48显示了四个不同的检测图案。每个图像显示了随着时间推移在PD处的光检测样本。x轴线代表时间，y轴线代表被检测光的量。因此，由检测的图案表示沿着导光管的运动方向：在该例子中，上升图案对应于向右滑动，而下降图案表示沿相反方向的运动。运动的速度由方向的改变速率表示：较快的改变速率相应于较快的运动。
参照图49，它是根据本发明实施例的替换滑块控件的简化视图。图49显示了一个实施例，其中发射器101将光束336直接发射到触摸导光管333的上表面的手指922上，在导光管333的上表面上具有防止反射光线进入导光管333的不透明或反射性元件335的图案。因此，取决于靠近手指的光阻挡元件的图案，从手指924反射离开的不同量的光336进入导光管333并且由检测器201检测。
光学接近传感器的娱乐应用
用于本发明的一种应用是诸如等交互式眼镜。GOOGLE和GOOGLE GLASS是美国加州山景城谷歌公司的注册商标。交互式眼镜包括位于一个或两个眼镜透镜中的平视显示器。交互式眼镜通常由鼻梁上的衬垫以及放置在耳朵上的镜脚(框)支撑。在一些交互式眼镜中，所述镜脚包括触摸式传感器，所述传感器允许用户指令通过在镜脚上的轻拍手势或者滑动手势而被传达。
因此，在本发明的一些实施例中，本发明的光学接近传感器被嵌入在交互式眼镜的镜脚中，以允许在离开所述镜脚一定距离范围内用户输入手势。这就使得与镜脚相对的二维空间用于用户空中输入手势。沿着镜脚堆叠的多排光学接近传感器提供了三维传感器。在其它实施例中，第一光学接近传感器背离用户的太阳穴，而第二光学接近传感器朝向上方，以检测在用户头的一侧以及上方的手势。
另一个应用是作为腕表佩戴的传感器。在本发明的各种手腕佩戴实施例中，所述光学接近传感器是沿着所佩戴物品的两个或多个边的一维的二极管排、二维的二极管栅格、二维的二极管雪花图案、两个或多个一维的二极管排。在一个示例性实施例中，所述光学接近传感器嵌入在腕表中并且将光束向上发射穿过手表表面或者它的周围边框。通过执行盘旋手势(诸如在手表上面挥舞手)用户向手表发出指令。替换地，当用户转动佩戴手表的手腕时，他改变了光学接近传感器中所检测的反射光的量并且这被转换成指令。例如，所述光学接近传感器经由与使用者的手机通讯，并且手腕的转动是应答进来电话的指令。BLUETOOTH是Bluetooth SIG有限公司的商标。较慢的旋转手势是升高或降低手机耳机音量的指令。
光学接近传感器还区分手指手势与由平的手掌做出的手势，所述手指手势返回局部的反射，所述平的手掌做的手势穿过光学接近传感器的大部分返回反射。这就允许只对一种类型的手势(手指或手掌)反应。
而且，本发明的所述光学接近传感器区分传感器上方的平的手掌与传感器上方的倾斜手掌。当手掌在光学接近传感器上方倾斜时，反射不是均匀的-根据倾斜手掌的各部分与传感器之间的不同距离。相反，与传感器发射器光束垂直的平坦的手掌以相同方式反射所有传感器光束。
另一个应用是带有检测平面的手镯，所述检测平面在使用者手掌下面瞄准以检测卷曲的手指。手上的四个手指代表四位元位置，使用者通过卷曲他的手指而形成四字节单词，其中卷曲手指是位值“1”，伏卧手指是位值“0”。这些四位值由光学接近传感器检测并且转换成指令。
另外的应用使用两个这种手镯，每个手腕上一个。通过弯曲每只手上四个手指的组合，使用者创立8位字母。这就提供了256个独特的组合，藉此字母表的每个字母被分配这些组合一个子集。使用者通过弯曲他的手指而打字以形成不同的8位字母组合。这就提供了无需键盘输入文本的替换方法。
另一个应用是用于移动式电话的保护套，在美国专利申请No.13/775,269中详细解释了该应用，该美国专利申请的名称是“具有嵌入式接近传感器的可移除保护罩”，在此通过参考的方式将该美国专利申请全文结合。参照图50-53描述了基于该保护套的游戏配件的一个应用。
配件是弹弓，它可以用在许多游戏中，尤其是它由芬兰艾斯堡Rovio娱乐有限公司发布并且是ANGRY BIRDS商标的所有人。在该视频游戏中，游戏者应用弹弓或弹射器弹射作为射弹的鸟。游戏者通过沿着屏幕滑动他的或她的手指而向回拉弹射器到期望的程度以提供用于射弹鸟的动力。从屏幕上抬起手指就释放了弹射器，向着目标在空中猛掷鸟。弹射器被拉回的角度确定了鸟被猛掷的方向。弹射器被拉回的程度确定了射弹的力量。
本配件允许游戏者拉回附接至电话壳边缘的实际弹性弹弓。参照美国专利申请No.13/775,269中的图36，其显示了具有嵌入式接近传感器的电话罩的例子。美国专利申请No.13/775,269中的图34显示了在图36的罩中的电话。美国专利申请No.13/775,269中的图39显示了在图36的电话罩中的PCB上的部件的布局。
本发明的实施例将上述光学接近传感器512结合到保护性电话罩中。不同的实施例将具有沿着罩的1-4边的光学接近传感器。
参照图50-53，它们是根据本发明实施例的游戏配件的简化视图。因此，PCB 976被显示为具有沿着外壳底边的交替的发射器101和检测器201阵列。附接至位于外壳底边的两个角部的是系到弹弓垫934上的伸缩带933。该发射器和检测器阵列确定了游戏者如何拉回弹弓垫934。
图51-53显示了弹弓垫934的三个不同的延伸部935。在每个图中，由虚线箭头表示通过沿着底边的一维阵列检测的x和y偏离。
使用数种不同方法来确定弹弓被拉回的程度和角度，例如，通过图51-53中的延伸箭头935表示。在第一实施例中，伸缩带933比弹弓垫934细很多。因此，由伸缩带933反射的光的量比由弹弓垫934反射的光的量要少很多，以允许系统跟踪弹弓垫934的位置。以类似的倾向，即使不存在弹弓垫934，使用者用来拧伸缩带933以便将它拉回的两个手指要比伸缩带大很多，因此，使用者的两个手指可以被跟踪。在又一个实施例中，伸缩带933位于与接近检测器所发射的光束不同的高度。因此，伸缩带933没有被检测器检测。然而，拉回伸缩带的更大的弹弓垫和/或用户手指延伸穿过由检测器发射的光束的平面并且因此被检测。在又一个实施例中，所述检测器由两个堆叠的发射器、检测器和透镜阵列形成。两个阵列的组合高度大于伸缩带933的宽度。因此，伸缩带933将不会在两个阵列中产生相同的检测信号。然而，两个阵列的组合高度小于弹弓垫934和使用者的两个手指的宽度，因此这些物品在两个阵列中产生类似的检测信号。在又一个实施例中，伸缩带933不产生显著的可检测信号。在这种情况下，相应于被拉回的伸缩带的每部分与检测器阵列之间的不同距离穿过整个检测器阵列产生信号图案。最远的距离位于弹弓垫或使用者手指的位置。因此，通过映射检测信号，将相应于被拉回的弹弓的形状映射三角形形状。
在另一个实施例中，光学接近传感器512经由铰链附接至显示器的边缘。在一些实施例中，多个光学接近传感器512附接至显示器的多个边缘。参照图54，它是根据本发明实施例的由四个接近传感器条包围的显示器的简化视图，所述四个接近传感器条通过旋转铰链连接至显示器。图54显示了显示器911，它在四个边上由光学接近传感器512包围。每个接触式传感器条经由铰链950附接至显示器壳体。如上面所解释的，每个光学接近传感器512投射一个二维平面。因此，铰链950允许将用于每个接触式传感器条510的二维检测平面相对于显示器911成角度地对准。当旋转以便将二维检测平面在显示器911上方以一个角度对准时，接触式传感器条510提供盘旋检测。当旋转以便平行于屏幕表面对准二维检测平面时，光学接近传感器512提供接触检测。而且，当一个或多个光学接近传感器512旋转以便平行于屏幕表面对准二维检测平面并且一个或多个第二阵列旋转以便在屏幕上方以一个角度对准二维检测平面时，提供接触检测和盘旋检测二者。在图54中，所有四个光学接近传感器512旋转以便在显示器911上方并且越过显示器911以相应的角度对准它们相应的检测平面。在该情况下所述四个相交检测平面提供屏幕911上方的三维检测空间。
另一个娱乐应用允许在作为多面板显示器的多个手持机上显示云游戏应用。使用者将手持机布置成拼贴以形成大的矩形多面板显示器。游戏服务器识别每个手持机显示器在多面板显示器中的位置。游戏服务器将游戏GUI的相应部分分给每个手持机，从而在所述手持机上分配全部屏幕游戏GUI。在一些实施例中，多面板显示器中的每个手持机具有上述光学接近传感器512。
参照图55，它是根据本发明实施例的手持式电子游戏设备994的简化视图，所述电子游戏设备994具有用于与网络游戏服务器991通讯的通信器703。设备994中的显示器100呈现由通信器703从游戏服务器991接收的游戏用户接口(UI)的一部分。传感器518检测放置在附近的第二游戏设备并且连接至通信器703以便将检测信息发送至游戏服务器。根据本发明的实施例，传感器518可以与上述光学接近传感器512类似。
参照图56，它是根据本发明实施例的提供在手持机上的网络游戏的简化视图。图56显示了与手持机994通讯的网络游戏服务器991。通过将游戏GUI发送给手持机994的服务器991而处理游戏逻辑。游戏的GUI被呈现在单个屏幕上。包围手持机994的所有四条边的区域被用于用户手势以控制游戏，如上所述。这些手势由沿着手持机边缘或者沿着与手持机共同使用的保护罩边缘的接近传感器512检测，所述边缘形成顶部和底部检测区域998以及左部和右部检测区域999。
参照图57，它是根据本发明实施例的两个手持机的简化视图，所述两个手持机一起使用以便可以进行网络游戏。图57显示了经由相应的通讯处理器983和984与两个手持机994和995通讯的网络游戏服务器991。这两个手持机沿着公共边对准，即，手持机994的长的下边与手持机995的长的上边对准。因此，所述两个手持机之间的这些边缘不能用于检测手持机外面的手势。然而，这些边彼此检测。例如，沿着手持机995的上边缘的检测区域998检测手持机994。因此，手持机995通知服务器991：手持机995上面的整个长的上边缘由邻近物体占据。类似地，手持机994通知服务器991：手持机994的整个长的底边由邻近物体占据。基于该信息，服务器991确定：由每个手持机检测的邻近物体是相邻的手持机。因此，服务器991将游戏GUI的上半部发送给手持机994，并且将游戏GUI的下半部发送给手持机995。另外，基于屏幕方位，例如，在检测手持机的显示器上检测边关于像素(0,0)的位置，服务器991确定是否旋转半GUI图像的一个或两个以便它们被合适地呈现在它们的目标手持机上。这确保了从一个手持机显示器到相邻手持机显示器的连续性，从而这两个手持机共同显示一连续的GUI。
参照图58，它是根据本发明实施例的用于网络游戏的双面板显示器的简化视图，所述显示器由两个手持机组成。图58显示了呈现在两个手持机994和995上的网络游戏，即，游戏GUI呈现在两个屏幕上：GUI的上半部被呈现在手持机994上，GUI的下半部被呈现在手持机995上。因为在当前游戏的该例子中与网络游戏服务器通讯的设备的数目是两个，所以游戏服务器将GUI分成两部分。游戏服务器将GUI分隔的部分的数目是根据在特定例子中与网络游戏服务器通讯的设备的数目。
如上参照图57所解释的，两个手持机之间的边缘不能用于检测手持机外侧的手势。然而，每个手持机的其余三个暴露边缘能用于检测手持机外侧的开放空间中的用户输入手势。所述暴露的手持机边缘形成多面板显示器的周边并且被用于检测多面板显示器外侧的开放空间中的用户手势。凭借上述手持机对准信息服务器991确定两个手持机如何相对于彼此取向以及GUI的什么部分被提供在每个手持机上，上述手持机对准信息还允许游戏服务器映射作为单个手势跨越两个手持机的开放空间的手势。例如，如果用户通过使他的手指与多面板显示器的右边缘相对地向上滑动而执行滑动手势，如箭头939所示，则首先在手持机995的区域999然后在手持机994的区域998中检测到所述手势。每个手持机将它的接近区域检测信息发送至服务器991。服务器991储存与面板的布置相关的信息。基于手持机对准信息，服务器991将这两个滑动检测组合起来以形成与多面板显示器的右边相对的一个长的向上滑动手势。
参照图59，它是根据本发明实施例的用于网络游戏的四面板显示器的简化视图，所述显示器由四个手持机组成。图59显示了在四个手持机994-997上的网络游戏。在四个屏幕上呈现游戏GUI，每个屏幕显示GUI的相应的四分之一。如上所解释的，相邻手持机之间的边缘的每一个检测相邻的手持机。因此在四手持机布置中，每个手持机检测两个相邻物。通过将该信息发送至服务器，所述服务器映射四个手持机如何被布置并且将GUI的合适的四分之一发送至每个手持机，从而这四个手持机共同显示一连续的GUI。如上所述，服务器使发送至不同手持机的一些图像旋转也许是必要的。
在一些实施例中，沿着每个设备边缘的检测器是交替序列的光发射器和光检测器，藉此所述检测器检测由诸如邻近设备等物体反射的光。然而，在一些实施例中，沿着设备边缘的光发射器的致动图案由在它的邻近设备上的相对的检测器阵列所检测。这是用于检测邻近有效设备的替换方法。它还允许确定这两个设备的相对方位。例如，如果靠近显示器顶部的发射器被致动的致动图案与靠近显示器底部的发射器被致动的致动图案不同，则邻近设备基于在它的光检测器处的不同检测而确定邻近设备的顶部位于哪里。
如上所解释的，手持机的其余暴露边形成多面板显示器的周边并且被用于检测在多面板显示器外侧的开放空间中的用户手势。基于手持机之间的手持机边缘，上述对准信息还允许游戏服务器映射一手势，该手势作为单个手势横跨与两个手持机(在图59中由区域998和999表示)相对的开放空间。
在一些实施例中，每个设备包括应用自动协商过程的专用发射器和传感器，所述自动协商过程动态地建立这两个设备之间的通讯通道。在信息技术、电信和相关领域中，该过程已知为交握。因此，例如，第一设备的发射器产生交握信号，该交握信号在邻近设备上的传感器处被检测。所述邻近设备的发射器产生相互的交握信号，该交握信号在第一设备的传感器处被检测。光发射器和光传感器能够信号交换。然而，其他类型的发射器/传感器也在本发明的范围内，尤其是RFID。因此，不管所应用的技术：(a)邻近的设备彼此检测；(b)每个设备传达该检测到网络游戏服务器上；以及(c)基于该信息，网络游戏服务器将游戏GUI的相应部分发送至每个设备。
参照图60，它是根据本发明实施例的图59所示四游戏设备的构造的简化视图，藉此根据由传感器518检测并且传达给游戏服务器991的每个显示器的相对位置和方位，在四个显示器142-145中分配所述游戏GUI。因此，图60显示了特征是网络游戏服务器991的网络游戏系统和多个游戏设备，每个游戏设备是借助嵌入在每个设备中的单个通信器703与游戏服务器通讯的手持式电子游戏设备。每个设备具有相应的显示器142-145，用于呈现由通信器703从游戏服务器991接收的游戏用户接口(UI)的相应部分。每个设备还具有相应的传感器518，与通信器703连接，用于检测邻近的游戏设备的存在。游戏服务器991基于游戏设备的数目确定游戏UI的每个相应部分的尺寸。
在前面的说明书中，已经参照特定的示例性实施例描述了本发明。然而，显然可以对所述特定的示例性实施例进行各种改变和变形，而不会脱离本发明的更宽的精神和范围。因此，应当将说明书和附图当作示例性的而非限制性的。

Claims (12)

1.一种用于确定反射物体的二维坐标的接近传感器，包括：
壳体；
沿着检测平面的一个边缘安装在所述壳体中的多个光脉冲发射器，用于沿着所述检测平面将光发射出所述壳体；
沿着检测平面的一个边缘安装在所述壳体中的多个主光检测器，用于检测由所述光脉冲发射器发射的光线通过所述检测平面中的反射物体的反射；
多个主透镜，其在所述壳体中相对于所述光脉冲发射器和所述主光检测器安装和取向的方式使得对于每一发射器-检测器对，当所述反射物体在检测平面的一组主位置当中位于与那个发射器-检测器对关联的特定二维位置时，由该对中的光脉冲发射器发出的光线穿过所述主透镜中的相应第一主透镜并由所述反射物体向后反射通过所述主透镜中的相应第二主透镜而到达该对中的主光检测器，其中所述主透镜被取向成使得对于每个发射器-检测器对，当所述反射物体位于检测平面中的所述关联位置时，由所述对中的光脉冲发射器发出的光以相对于所述第二主透镜的光轴成以θ表示的特定角度被所述反射物体向后反射到所述对中的所述主光检测器；以及
与所述光脉冲发射器及所述主光检测器连接的处理器，用于同步地共激活所述发射器-检测器对，并且构造成通过以下方法计算所述反射物体在所述检测平面中的二维位置：
在同步地共激活的发射器-检测器对中确定最大发射器-检测器对，所述最大发射器-检测器对中的主光检测器检测最大量的光，
识别最大位置，所述最大位置是与所述最大发射器-检测器对关联的位置，
进一步在同步地共激活的发射器-检测器对中识别附加发射器-检测器对，与所述附加发射器-检测器对相关联的相应的附加位置邻近所述最大位置，
计算所述最大位置和所述附加位置的加权平均数，其中所述平均数中的每个位置的权重分别与针对所述最大发射器-检测器对或者附加发射器-检测器对反射光束的检测程度相对应，以及
当在物体移动时由两个相邻主光检测器检测到的来自相同光脉冲发射器的光量之间的比率保持恒定时，推断反射物体正沿着与相对于所述光轴成θ角度平行的方向移动。
2.根据权利要求1所述的接近传感器，其中，所述处理器被构造成通过以下方式应用霍夫变换计算物体在检测平面中的位置：
提供位于所述检测平面中的多个候选椭圆；
确定共激活的发射器-检测器对，针对所述共激活的发射器-检测器对，所述主光检测器产生一检测信号，并且识别与其关联的位置；
对于其两个关联位置相邻的所述共激活的发射器-检测器对中的任意两个，插入所述检测信号，以确定那两个关联位置之间的一中间位置；
对每个中间位置分配一方位，所述方位与连接所述两个相邻的关联位置的线垂直；
对于每个候选椭圆：
将一匹配值分配给所述候选椭圆，所述匹配值表示所述候选椭圆的边与中间位置的位置及方位之间的匹配程度；以及
计算如此分配的匹配值的总和，以及
将具有如此计算的最大总和的那个候选椭圆规定为物体在检测平面中的位置。
3.根据权利要求1所述的接近传感器，其中，所述处理器进一步推断当物体移动时，当由一个主光检测器检测到的来自两个相邻光脉冲发射器的光量之间的比率保持恒定时，物体正沿着与所述主透镜的其中一个的光轴相平行的方向移动。
4.根据权利要求1所述的接近传感器，其中，共激活的所述附加发射器-检测器对包括：
至少一个发射器-检测器对，其中的光脉冲发射器与所述最大发射器-检测器对中的光脉冲发射器相同，以及
至少一个发射器-检测器对，其中的主光检测器与所述最大发射器-检测器对中的主光检测器相同。
5.根据权利要求1所述的接近传感器，进一步包括安装在所述壳体中的多个次光检测器，用于检测发射光线通过所述检测平面中的反射物体的反射，从而对于具有次光检测器光脉冲发射器的每个次发射器-检测器对，当物体在检测平面的一组次位置当中位于一个特定二维位置时，由所述次发射器-检测器对中的光脉冲发射器发出的光线穿过所述主透镜中的相应第一主透镜并且由所述物体向后反射通过所述主透镜中的相应第二主透镜而到达所述次发射器-检测器对中的次光检测器，所述一组次位置与所述一组主位置不同。
6.根据权利要求5所述的接近传感器，其中，所述一组次位置中的相邻位置比所述一组主位置中的相邻位置更靠近在一起。
7.根据权利要求1所述的接近传感器，进一步包括：
安装在所述壳体中的多个次光检测器，用于检测发射光线通过所述检测平面中的反射物体的反射；以及
多个次透镜，其在所述壳体中相对于所述光脉冲发射器和所述次光检测器安装和取向的方式使得对于具有次光检测器光脉冲发射器的每个次发射器-检测器对，当物体在检测平面的一组次位置当中位于一个特定二维位置时，由那个次发射器-检测器对中的光脉冲发射器发出的光线穿过所述主透镜的其中一个并且由所述物体向后反射通过所述次透镜的其中一个而到达那个次发射器-检测器对中的次光检测器，所述一组次位置与所述一组主位置不同。
8.根据权利要求7所述的接近传感器，其中，所述一组次位置中的相邻位置比所述一组主位置中的相邻位置更靠近在一起。
9.根据权利要求1所述的接近传感器，其中，所述检测平面穿过一反射表面，并且所述主透镜将由所述光脉冲发射器发出的光束相对于所述反射表面以向上的角度引导，以便最小化所发射光线通过所述表面的反射。
10.根据权利要求1所述的接近传感器，其中，所述光脉冲发射器和主光检测器包括二极管，所述二极管安装在所述壳体中，没有单独的塑料套透镜并且没有单独的基片。
11.一种用于确定在一显示器上方接触或盘旋的邻近物体的三维坐标的三维传感器，包括多个根据权利要求1的接近传感器，所述接近传感器位于显示器的不同侧，使得它们的检测平面在所述显示器上方穿过。
12.根据权利要求11所述的三维传感器，其中，每个接近传感器越过所述显示器沿着一方向对准，该方向与所述接近传感器的另一个越过所述显示器所对准的方向大致垂直。
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