CN105786255B - 压力感测触摸系统和方法以及显示系统 - Google Patents

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Abstract

公开了一种用于识别由施加在触摸位置处的压力引起的触摸事件的压力感测触摸系统。所述系统包括导光板、光输出板、光源子系统、多个干涉板、多个检测器以及控制器。当所述压力被施加在所述触摸位置处时，从所述干涉板的两个第二直通开口离开的输出光的强度分布发生改变。所述多个检测器被配置成检测所述改变。所述控制器被配置成基于由所述多个检测器进行的检测来识别所述触摸事件。还公开了一种压力感测触摸方法和一种显示系统。

Description

压力感测触摸系统和方法以及显示系统
技术领域
本发明涉及显示技术领域，具体来说涉及一种压力感测触摸系统和方法以及显示系统。
背景技术
触摸输入设备被广泛地用于人机交互应用中，诸如智能电话、电子书、平板电脑和膝上型计算机。触摸输入设备一般基于电容性触摸传感器，其能够感测触摸操作的位置和轨迹，但是不能检测在按压操作中所施加的压力。
已经开发了基于压力传感器的触摸输入设备。虽然它们是有效的，但是仍然存在对于基于压力传感器的传统触摸输入设备的替代方案的需要。
发明内容
有利的是实现一种基于光学的方案来感测施加在触摸位置处的压力，由此识别触摸事件。
根据本发明的第一方面，提供了一种用于识别由施加在触摸位置处的压力引起的触摸事件的压力感测触摸系统，包括：导光板，具有上表面、下表面和至少一个入光面；光输出板，布置在所述下表面处且具有其厚度方向上的多个第一直通开口，其中所述导光板和所述光输出板在所述压力被施加在所述触摸位置处时是可弯曲的；光源子系统，布置在所述至少一个入光面处并被配置成将光导入所述导光板中以通过所述多个第一直通开口提供输出光；多个干涉板，每个具有其厚度方向上的两个第二直通开口，其中所述多个干涉板中的每个与所述多个第一直通开口中一个相应的第一直通开口相对地布置以使得从所述相应的第一直通开口离开的所述输出光的至少一部分穿过所述两个第二直通开口而彼此干涉，并且其中所述多个干涉板被布置以使得当所述压力被施加在所述触摸位置处时所述导光板和所述光输出板的弯曲引起对应的干涉板的位置的改变；多个检测器，每个与所述多个干涉板中一个相应的干涉板相对地布置以用于接收从所述相应的干涉板的两个第二直通开口离开的所述输出光的至少一部分，其中所述多个检测器中的每个被配置成检测所述输出光的强度分布的改变，所述强度分布的改变由与该检测器对应的干涉板的位置的改变引起，所述干涉板的位置的改变包括该干涉板距该检测器的距离的减小；以及控制器，可操作地连接至所述多个检测器并被配置成基于由所述多个检测器进行的检测来识别所述触摸事件。
在一个实现方式中，所述第一直通开口和所述第二直通开口为通孔。
在一个实现方式中，所述第一直通开口和所述第二直通开口为缝。
在一个实现方式中，所述多个干涉板被组合成整体结构。
在一个实现方式中，所述多个检测器被组合成整体结构。
在一个实现方式中，所述多个检测器呈阵列分布。
在一个实现方式中，所述多个检测器中的每个包括CMOS或CCD阵列。
在一个实现方式中，所述光源子系统包括至少一个光源。
在一个实现方式中，所述至少一个光源选自包括LED、激光二极管和VCSEL的组。
在一个实现方式中，所述控制器被进一步配置成基于从哪个检测器或哪些检测器检测到所述强度分布的改变来识别所述触摸位置。
在一个实现方式中，所述控制器被进一步配置成基于所述强度分布的改变的量值来识别所述压力的等级。
根据本发明的另一方面，提供了一种显示系统，包括：根据如上所述的压力感测触摸系统；以及显示面板，布置在所述导光板之上。所述触摸事件由施加在所述显示面板上的触摸位置处的压力引起。
在一个实现方式中，所述光输出板是反射板。
在一个实现方式中，所述显示系统进一步包括布置在所述导光板的所述上表面与所述显示面板之间的扩散板。
根据本发明的又另一方面，提供了一种识别由施加在触摸位置处的压力引起的触摸事件的方法。所述方法包括：在光输出板的多个第一直通开口处提供输出光，其中所述光输出板在所述压力被施加在所述触摸位置处时是可弯曲的；提供多个干涉板，其中每个干涉板具有其厚度方向上的两个第二直通开口并且与所述多个第一直通开口中一个相应的第一直通开口相对地布置，以使得从所述相应的第一直通开口离开的所述输出光的至少一部分穿过所述两个第二直通开口而彼此干涉；通过在所述触摸位置处施加所述压力来使所述光输出板弯曲，由此引起对应的干涉板的位置的改变；由检测器检测从所述对应的干涉板的两个第二直通开口离开的所述输出光的强度分布的改变，所述强度分布的改变由所述对应的干涉板的位置的改变引起，所述对应的干涉板的位置的改变包括该干涉板距该检测器的距离的减小；以及基于所检测的所述强度分布的改变识别所述触摸事件。
根据在下文中所描述的附图和实施例，本发明的这些和其它方面将是清楚明白的，并且将参考在下文中所描述的实施例而被阐明。
附图说明
图1A是示意性地示出根据本发明的实施例的压力感测触摸系统的结构的截面图；
图1B是示意性地示出根据本发明的实施例的压力感测触摸系统的结构的框图；
图2示出了当处于触摸事件时的如图1中所示的压力感测触摸系统的示意图；
图3示意性地示出了双缝干涉的原理；
图4是示意性地示出其中如图1所示的压力感测触摸系统与显示面板一起使用的显示系统的结构的截面图；并且
图5示出了当处于触摸事件时的如图4中所示的显示系统的示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的各实施例进行详细描述。将理解的是，尽管术语第一、第二、第三等等在本文中可以用来描述各种元件、部件、区、层和/或部分，但是这些元件、部件、区、层和/或部分不应当由这些术语限制。这些术语仅用来将一个元件、部件、区、层或部分与另一个区、层或部分相区分。因此，下面讨论的第一元件、部件、区、层或部分可以被称为第二元件、部件、区、层或部分而不偏离本发明的教导。
诸如“在…下面”、“在…之下”、“较下”、“在…下方”、“在…上方”、“较上”等等之类的空间相对术语在本文中可以为了便于描述而用来描述如图中所图示的一个元件或特征与另一个（些）元件或特征的关系。将理解的是，这些空间相对术语意图涵盖除了图中描绘的取向之外在使用或操作中的器件的不同取向。例如，如果翻转图中的器件，那么被描述为“在其他元件或特征之下”或“在其他元件或特征下面”或“在其他元件或特征下方”的元件将取向为“在其他元件或特征上方”。因此，示例性术语“在…之下”和“在…下方”可以涵盖在…上方和在…之下的取向两者。器件可以取向为其他方式（旋转90度或以其他取向）并且相应地解释本文中使用的空间相对描述符。
本文中使用的术语仅出于描述特定实施例的目的并且不意图限制本发明。如本文中使用的，单数形式“一个”、“一”和“该”意图也包括复数形式，除非上下文清楚地另有指示。将进一步理解的是，术语“包括”和/或“包含”当在本说明书中使用时指定所述及特征、整体、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、部件和/或其群组的存在或添加一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、部件和/或其群组。如本文中使用的，术语“和/或”包括相关联的列出项目中的一个或多个的任意和全部组合。
将理解的是，当元件或层被称为“在另一个元件或层上”、“连接到另一个元件或层”、“耦合到另一个元件或层”或“邻近另一个元件或层”时，其可以直接在另一个元件或层上、直接连接到另一个元件或层、直接耦合到另一个元件或层或者直接邻近另一个元件或层，或者可以存在中间元件或层。相反，当元件被称为“直接在另一个元件或层上”、“直接连接到另一个元件或层”、“直接耦合到另一个元件或层”、“直接邻近另一个元件或层”时，没有中间元件或层存在。
除非另有定义，本文中使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）具有与本发明所属领域的普通技术人员所通常理解的相同含义。将进一步理解的是，诸如那些在通常使用的字典中定义的之类的术语应当被解释为具有与其在相关领域和/或本说明书上下文中的含义相一致的含义，并且将不在理想化或过于正式的意义上进行解释，除非本文中明确地如此定义。
图1A是示意性地示出根据本发明的实施例的压力感测触摸系统100的结构的截面图。压力感测触摸系统100可以单独地被用作触摸输入设备（例如，触摸板touchpad）或者与显示面板相组合地使用作为触摸屏（稍后讨论）。
如图所示，压力感测触摸系统100包括导光板103、光输出板104、光源子系统102、多个干涉板105、多个检测器106和控制器（未示出）。
导光板103具有上表面、下表面和至少一个入光面。导光板103可以是液晶显示器的背光模组中经常使用的导光部件。导光板103的示例包括由聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）或聚碳酸酯（PC）材料制成的薄片。由于导光板103相对小的厚度，导光板103是可弯曲的，例如在其中一定量的压力被施加在触摸位置（例如，导光板103的上表面）处的触摸事件的情况下。
光输出板104布置在导光板103的下表面处并且具有其厚度方向上的多个第一直通开口107。光输出板104在所述压力被施加在所述触摸位置处时是可弯曲的。
光源子系统102布置在导光板103的至少一个入光面处并被配置成将光导入导光板103中以通过多个第一直通开口107提供输出光。在该示例中，光源子系统102可以包括至少一个光源。光源的示例包括LED、激光二极管、VCSEL等等。在一些实施例中，可以在导光板103的一个入光面处布置多个光源。在其他实施例中，可以在导光板103的不同入光面处分别布置多个光源。
在该示例中，压力感测触摸系统100包括多个干涉板105。每个干涉板105具有其厚度方向上的两个第二直通开口108，108’。多个干涉板108，108’中的每个与多个第一直通开口107中一个相应的第一直通开口相对地布置以使得从所述相应的第一直通开口离开的输出光的至少一部分穿过所述两个第二直通开口108，108’而彼此干涉。对于图1A所示的配置，输出光的干涉可以包括双孔干涉或者双缝干涉。在其中使用双孔干涉的实施例中，第一直通开口107和第二直通开口108，108’为孔。在其中使用双缝干涉的实施例中，第一直通开口107和第二直通开口108，108’为缝（slit）。
另外，多个干涉板105被布置以使得当所述压力被施加在所述触摸位置处时导光板103和光输出板104的弯曲引起对应的干涉板105的位置的改变。在一些实施例中，干涉板105例如通过支撑部件（未示出）可以固定连接到光输出板104。这样，光输出板104的局部弯曲引起对应的一个或多个干涉板105的位移。
在一些实施例中，多个干涉板105可以被组合成整体结构。也即，多个干涉板105作为整体被合并成一个干涉板，其上仍然设置与多个第一直通开口107一一对应的多对第二直通开口108，108’。这对于干涉板的制造和安装是有利的。可以邻近每对第二直通开口108，108’设置相应的支撑部件，以使得光输出板104的不同部分的弯曲引起对应的一对或多对第二直通开口108，108’的位置的改变。
在该示例中，压力感测触摸系统100包括多个检测器106。每个检测器106与多个干涉板105中一个相应的干涉板相对地布置以用于接收从该相应的干涉板的两个第二直通开口108，108’离开的输出光的至少一部分。检测器106可以具有光感测表面，发生干涉的输出光被投射于其上以形成指示输出光的强度分布的干涉图案。具体地，检测器106可以具有光电二极管或各种其他类型的光电传感器。在一些实施例中，检测器106可以包括CMOS或CCD阵列，在该情况下所述干涉图案可以由检测器106成像并拾取。
如前所述，光输出板104（以及潜在地导光板103）的弯曲引起对应的干涉板105的位置的改变。例如，该干涉板105朝向检测器106移动以使得它们两者之间的距离减小。该减小的距离引起投射到检测器106的光感测表面上的干涉图案的变化，以使得由该检测器106所检测到的输出光的强度分布发生改变。多个检测器106中的每个被配置成检测所述输出光的强度分布的改变。
图1B是示意性地示出根据本发明的实施例的压力感测触摸系统100的结构的框图。如图1B所示，压力感测触摸系统100包括控制器109，其可操作地连接至多个检测器106并被配置成基于由多个检测器106进行的检测来识别所述触摸事件。
联系以上和以下实施例而描述的识别触摸事件的功能性可以直接体现在控制器109中、由控制器109执行的软件模块中，或在这两者的组合中。软件模块可以驻留在诸如RAM存储器、闪速存储器、ROM存储器、EPROM存储器、EEPROM存储器、寄存器、硬盘、可移动盘或CD-ROM之类的存储器中。示例性存储介质耦合到控制器109，使得控制器109可以从该存储介质读取信息或者向该存储介质写入信息。在替换方案中，存储介质可以与控制器109成为一体。控制器109和存储介质可以驻留在ASIC中。
具体地，控制器109可以被配置成基于从哪个（些）检测器106检测到所述强度分布的改变来识别触摸位置。控制器109可以被进一步配置成基于所述强度分布的改变的量值来识别所述压力的等级。稍后将更详细地描述控制器109所执行的功能。
虽然多个检测器106在图1B中被图示为呈阵列布置，但是其他实施例是可能的。例如，多个检测器106可以被组合成整体结构，以使得它们的光感测表面被合并成一个完整的光感测表面。这对于检测器的制造和安装是有利的。在这种情况下，感光元件（例如CMOS或CCD单元）可以或可以不覆盖该完整光感测表面的全部区域。
图2示出了当处于触摸事件时的如图1中所示的压力感测触摸系统100的示意图。在该触摸事件中，用户通过触摸物体110（例如，手指或触笔）在触摸位置处按压导光板103的上表面。结果，导光板103和光输出板104的与该触摸位置对应的区域发生局部弯曲，这导致对应的干涉板105A的位置的改变。如前所述，所述改变引起投射到检测器106A的干涉图案的变化。
下面结合图3说明干涉图案如何随干涉板的位置的变化而变化。如图3所示，输出光由具有狭缝的挡板201提供，并且投射到具有两条狭缝的挡板202（干涉板）上。光波穿过两个狭缝后变成两个相干波源，它们发出的光在档板202后面的空间相互叠加，并且在屏幕203上形成干涉图案。在白光的情况下，干涉图案为具有不同颜色的条纹的排列。在单色光的情况下，干涉图案为明暗相间的多个条纹。
对于单色光，明条纹之间的间距计算如下：
其中△x为条纹间距，D为双缝到屏幕的水平距离，d为双缝间隔，并且λ为该单色光的波长。
对于白光而言，其可以被认为是不同波长的光的混合，在其中红光波长最长。因此，红光的干涉条纹间距最宽，使得最外面是红色条纹。中央条纹由不同波长光条纹混合，并且因此为白色。
不管哪种情况，当双缝到屏幕的距离减小时，条纹间距也相应地减小。在如图2所示的触摸事件中，干涉板105A与检测器106A之间的距离（即，D）减小，使得条纹间距△x减小。也即，强度分布发生改变。可以基于所检测的所述强度分布的改变来识别所述触摸事件。在该示例中，响应于从检测器106A检测到所述强度分布的改变，控制器109可以确定导光板103的上表面上与检测器106A对应的区域为压力被施加的位置。换言之，所述强度分布的改变被与所述压力的施加相关联。
附加地，控制器109可以被配置成基于所述强度分布的改变的量值来识别所述压力的等级。这可以被称为“多级压力触控”，其中不同等级的压力可以触发不同的操作。压力的等级可以由条纹间距△x的变化的量值来指示。
在一些实施例中，可以预先保存条纹间距△x的变化的量值与压力的等级之间的对应关系，并且通过检测到的△x的变化的量值来确定压力的等级。在一个实现方式中，当检测到的△x处于第一范围内时，控制器109可以执行第一操作，并且当检测到的△x处于第二范围内时，控制器109可以执行第二操作，诸如此类。换言之，所述强度分布的改变被与所述压力的施加相关联。
上文描述了压力感测触摸系统100单独地被用作触摸输入设备的实施例。下面结合图4描述其中压力感测触摸系统100与显示面板相组合地使用的实施例。
图4是示意性地示出其中如图1所示的压力感测触摸系统100与显示面板300一起使用的显示系统400的结构的截面图。该显示系统400可以被认为是一个触摸屏，其中显示面板300堆叠在压力感测触摸系统100之上。
通过示例的方式而非限制，显示面板300可以是液晶显示面板。在一些实施例中，显示面板300可以是基于OLED的显示面板。显示面板300的示例还可以包括柔性显示面板。在液晶显示面板的情况下，压力感测触摸系统100可以被认为是液晶显示器的背光模组。在该背光模组中，光输出板104是反射板。如已知的，扩散板（未示出）可以被布置在导光板103的上表面与显示面板300之间。
图5示出了当处于触摸事件时的如图4中所示的显示系统400的示意图。显示面板300具有相对小的厚度（例如，几毫米或甚至更小），以使得其当压力被施加在显示面板300上的触摸位置处时发生弯曲。显示面板300的弯曲将引起导光板103的弯曲，并且最终将引起干涉板105的位置的改变。
在该触摸事件中，用户通过触摸物体110（例如，手指或触笔）在触摸位置处按压显示面板300的表面。结果，对应的干涉板105B的位置将改变，并且投射到检测器106B的干涉图案将相应地变化。识别该触摸事件的过程与上文联系图2描述的示例类似，并且因此在此不再详细描述。
鉴于前面的描述并结合阅读附图，对前述本发明的示例性实施例的各种修改和改动对于相关领域的技术人员可以变得显而易见。任何和所有修改仍将落入本发明的非限制性和示例性实施例的范围内。此外，属于本发明的这些实施例所属领域的技术人员，在得益于前面的描述和相关附图所给出的教导后，将会想到在此描述的本发明的其他实施例。
因此，应当理解，本发明的实施例并不限于所公开的特定实施例，并且修改和其他的实施例也意图被包含在所附权利要求书的范围内。尽管此处使用了特定术语，但是它们仅在通用和描述性意义上使用，而非为了限制的目的。

Claims (15)

1.一种用于识别由施加在触摸位置处的压力引起的触摸事件的压力感测触摸系统，包括：
导光板，具有上表面、下表面和至少一个入光面；
光输出板，布置在所述下表面处且具有其厚度方向上的多个第一直通开口，其中所述导光板和所述光输出板在所述压力被施加在所述触摸位置处时能够被弯曲；
光源子系统，布置在所述至少一个入光面处并被配置成将光导入所述导光板中以通过所述多个第一直通开口提供输出光；
多个干涉板，每个具有其厚度方向上的两个第二直通开口，其中所述多个干涉板中的每个与所述多个第一直通开口中一个相应的第一直通开口相对地布置以使得从所述相应的第一直通开口离开的所述输出光的至少一部分穿过所述两个第二直通开口而彼此干涉，并且其中所述多个干涉板被布置以使得当所述压力被施加在所述触摸位置处时所述导光板和所述光输出板的弯曲引起对应的干涉板的位置的改变；
多个检测器，每个与所述多个干涉板中一个相应的干涉板相对地布置以用于接收从所述相应的干涉板的两个第二直通开口离开的所述输出光的至少一部分，其中所述多个检测器中的每个被配置成检测所述输出光的强度分布的改变，所述强度分布的改变由与该检测器对应的干涉板的位置的改变引起，所述干涉板的位置的改变包括该干涉板距该检测器的距离的减小；以及
控制器，操作地连接至所述多个检测器并被配置成基于由所述多个检测器进行的检测来识别所述触摸事件。
2.根据权利要求1所述的压力感测触摸系统，其中所述第一直通开口和所述第二直通开口为通孔。
3.根据权利要求1所述的压力感测触摸系统，其中所述第一直通开口和所述第二直通开口为缝。
4.根据权利要求1所述的压力感测触摸系统，其中所述多个干涉板被组合成整体结构。
5.根据权利要求1所述的压力感测触摸系统，其中所述多个检测器被组合成整体结构。
6.根据权利要求1所述的压力感测触摸系统，其中所述多个检测器呈阵列分布。
7.根据权利要求1所述的压力感测触摸系统，其中所述多个检测器中的每个包括CMOS或CCD阵列。
8.根据权利要求1所述的压力感测触摸系统，其中所述光源子系统包括至少一个光源。
9.根据权利要求8所述的压力感测触摸系统，所述至少一个光源选自包括LED、激光二极管和VCSEL的组。
10.根据权利要求1所述的压力感测触摸系统，其中所述控制器被进一步配置成基于从哪个检测器或哪些检测器检测到所述强度分布的改变来识别所述触摸位置。
11.根据权利要求1所述的压力感测触摸系统，其中所述控制器被进一步配置成基于所述强度分布的改变的量值来识别所述压力的等级。
12.一种显示系统，包括：
根据权利要求1-11中任一项所述的压力感测触摸系统；以及
显示面板，布置在所述导光板之上，
其中所述触摸事件由施加在所述显示面板上的触摸位置处的压力引起。
13.根据权利要求12所述的显示系统，其中所述光输出板是反射板。
14.根据权利要求12所述的显示系统，进一步包括布置在所述导光板的所述上表面与所述显示面板之间的扩散板。
15.一种识别由施加在触摸位置处的压力引起的触摸事件的方法，包括：
在光输出板的多个第一直通开口处提供输出光，其中所述光输出板在所述压力被施加在所述触摸位置处时能够被弯曲；
提供多个干涉板，其中每个干涉板具有其厚度方向上的两个第二直通开口并且与所述多个第一直通开口中一个相应的第一直通开口相对地布置，以使得从所述相应的第一直通开口离开的所述输出光的至少一部分穿过所述两个第二直通开口而彼此干涉；
通过在所述触摸位置处施加所述压力来使所述光输出板弯曲，由此引起对应的干涉板的位置的改变；
由检测器检测从所述对应的干涉板的两个第二直通开口离开的所述输出光的强度分布的改变，所述强度分布的改变由所述对应的干涉板的位置的改变引起，所述对应的干涉板的位置的改变包括该干涉板距该检测器的距离的减小；以及
基于所检测的所述强度分布的改变识别所述触摸事件。
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