CN110622118A - 光学输入装置 - Google Patents

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Abstract

一种光学输入装置，包括：至少一个光学透明板(5、6)，其具有位于光学透明板(5、6)的外围边缘处的至少一个光源(7)，该光源(7)被布置和配置成沿着其平面长度、以使得所述调制光通过其全内反射包含在所述板内的角度将频率调制光传输到所述光学透明板(5、6)中；至少一个光检测器(6a)，其被配置成接收所述调制光中的部分或全部；至少一个输入机构(12)，其嵌入所述光学透明板(5、6)内，该输入机构(12)被配置成相对于光学透明板(5、6)能够机械移动；显示屏(4)，其可通信地联接到所述至少一个光检测器(6a)；以及处理模块(29)，其用于从所述至少一个光检测器(6a)接收信号，并产生表示待显示在所述显示屏(4)上的信息的数据；其中，该装置被配置成使得所述输入机构(12)相对于所述光学透明板(5、6)的机械移动和对所述透明板(5、6)施加压力均使得由所述至少一个光检测器(6a)接收的所述调制光产生相应变化；并且其中由所述至少一个光检测器(6a)接收的调制光的变化使所述处理模块产生表示待显示在所述显示屏(4)上的信息的变化的数据。

Description

光学输入装置
技术领域
本发明总体涉及用于与触敏显示屏进行触觉用户交互的光学输入装置，更具体地但不必是排他性地涉及光学触觉输入装置，诸如旋转表盘、开关、滑块、操纵杆、压力垫等、或者其任何组合(因此称为触觉装置)，该触觉装置可以安装到透明板中并且定位在光学显示屏的前面，光学显示屏为诸如但不限于LCD或OLED显示器，以此方式，触觉装置可以在不显着妨碍显示器的情况下向电子系统提供输入。
背景技术
在电子装置中使用显示器来增强用户界面正变得越来越普遍，其中一些显示器也可以是触敏的。传统的触摸屏布置可以包括显示器表面或显示屏、以及放置在显示器表面上方的透明触敏表面。能够在用户交互(诸如在透光表面上的任何点处放置食指或触笔)与显示屏之间进行通信的技术可以包括电阻、电容或光学技术。这些触摸屏提供动态的软件可配置的用户界面，该用户界面可以用于多种应用。然而，触摸屏本身对用户提供很少的触觉反馈。在某些类型的通用电子装置(诸如移动电话或平板电脑)中，相比于显示屏/触摸屏中的完全灵活性和均匀性的优点，对触感或触觉反馈的需求的期望较低。然而，在触摸屏/触摸面板的使用本质上更加具体或者甚至专用于诸如控制电气/电子应用、机器或测试设备的单组任务的应用中，通常期望提供对用户的某种形式的触觉反馈，其中显示器的完全可配置性可能不那么受欢迎。
在当今的系统中，可以给用户提供触摸和/或传统开关、按钮、滑块、径向表盘等的组合，其中这些触觉装置可以邻近或接近显示屏但不位于显示屏的前面。这是因为这些纯粹的触觉装置本质上倾向于电气/电子，并且因此具有作为其功能操作的一部分的附接到触觉装置的电线。如果将触觉装置放置在显示器前面，则至少为了美观目的将必须隐藏电线。这通常通过在显示器中形成孔并通过该孔馈送电线来实现。可替代地，电线可以由诸如氧化铟锡(ITO)的一些透光材料制成，或者可以完全移除电线并且替代地使用无线通信。然而，这些方法是昂贵的并且具有它们自己的特定挑战和缺点，这些挑战和缺点不仅在操作和制造方面，而且还在于关于用户定制(例如，孔的数量、大小和位置等)方面的灵活性程度。
发明内容
本发明的各方面的目的是解决这些问题中的至少一些，并且使用光学技术提供成本有效且可靠的触觉装置或触觉装置组，该触觉装置或触觉装置组可以放置在现有显示器上的任何地方而不会显着妨碍显示器，以提供更有效和令人愉悦的用户体验，并且允许在装置本身周围和/或内部两者处的显示器的全部益处。该装置可以用于需要某种形式的触觉输入的任何电气/电子系统，诸如白色家电或家用控制器等上的控制面板。该装置也可以与提供混合触敏和触觉装置界面的触摸面板或触摸屏一起使用或作为该触摸面板或触摸屏的一部分使用。
本文描述的触觉装置基于光学技术，并且因此不需要任何可见的通信或电源路径，这些路径可能妨碍装置后面的显示器的可用区域和外观。而且，触觉装置可以有效地与光学触摸屏技术结合使用，以提供混合触觉输入装置和触敏界面能力。
根据本发明的方面，提供了一种光学输入装置，其包括：
-至少一个光学透明板，其具有位于至少一个光学透明板的外围边缘处的至少一个光源，该光源被布置和配置成沿其平面长度、以使得所述调制光通过其全内反射包含在所述板内的角度将频率调制光传输到所述光学透明板中；
-至少一个传感器，其被配置成接收所述调制光中的一些或全部；
-至少一个输入机构，其嵌入所述光学透明板内，并被配置成相对于光学透明板能够机械移动；
-显示屏，其可通信地联接到所述至少一个光检测器；以及
-处理模块，其用于从所述至少一个光检测器接收信号，并产生表示待显示在所述显示屏上的信息的数据；
其中，装置被配置成使得所述输入机构相对于所述光学透明板的机械移动和对所述光学透明板施加压力均使得由所述至少一个光检测器接收的所述调制光产生相应变化；并且其中由所述至少一个光检测器接收的调制光的变化使得所述处理模块产生表示待显示在所述显示屏上的信息的变化的数据。
可选地，根据本发明的一个示例性实施例，至少一个传感器可以是光检测器。
根据本发明的第一示例性实施例，该装置还可以包括光学色散基板，其中至少一个光检测器位于光学色散基板的外围边缘处，显示屏位于光学色散基板的下方。
可选地，该装置可以包括恰好两个光学透明板。每个板可以具有位于其外围边缘处的至少一个光源，至少一个光源可以被布置和配置成沿着其相应的平面长度、以使得所述调制光通过其全内反射包含在所述板内的角度将频率调制光传输到每个所述光学透明板中，其中包含在一个所述板内的频率调制光可以以与另一所述板内的频率调制光不同的频率被调制。
根据一个示例性实施例，输入装置可以是基本上圆柱形的光学透明的旋转表盘。可选地，旋转表盘还可以包括位于表盘内的成角度反射器，该成角度反射器偏离中心并且向下朝向基板成角度，其中成角度反射器可以将来自至少一个光源的入射光向下传输到光学色散基板上，其中光的强度可以在其朝向所述至少一个光检测器行进时被分散。
可选地，根据本发明的一个示例性实施例，旋转表盘还可以包括位于光学透明的表盘内的至少两个同心光栅环，即内光栅环和外光栅环，该至少两个同心光栅环与所述旋转表盘共享相同的中心轴线，并且绕所述中心轴线相对于彼此在相反方向上可旋转。可选地，外光栅环可以包括多个光学透明孔。此外，内光栅环可以包括单个光学透明孔。
根据一个示例性实施例，所述内光栅环上的单个光学透明孔固定成与所述反射器对准。
在本发明的第二示例性实施例中，输入机构可以是大致圆柱形的按钮开关，该开关可以具有不透明的圆周侧和圆形顶侧，该开关被配置成使得开关可以在断开配置和闭合配置之间可移动。
可选地，开关还可以包括大致圆形的成角度反射器，该成角度反射器围绕按钮开关的内周边延伸，反射器向下朝向基板成角度。开关还可以包括在圆周侧中的至少一个光学透明孔。
可选地，根据本发明的第二实施例，当开关处于断开配置时，光学透明孔可以与所述反射器不对准，使得没有光传输到所述基板中。当开关处于闭合配置时，光学透明孔可以与所述反射器对准，使得光被传输到所述基板中。
根据第二示例性实施例，对所述开关的圆形顶侧施加压力将其从所述断开配置移动到所述闭合配置。
在本发明的第三示例性实施例中，输入机构可以包括大致圆柱形的光学透明的旋转表盘，所述旋转表盘包括固定到所述旋转表盘的圆周侧的至少一个弯曲反射器。光学透明板可以由多个光学发射器和光学接收器对围绕。
在本发明的第四示例性实施例中，输入机构可以是光学透明的大致圆柱形的旋转表盘，并且可以具有穿过旋转表盘延伸的偏心光学色散杆。光学透明板可以由交替的光学发射器和光学接收器对围绕，其中每个光学发射器可以在几何上与每个光学接收器中的一个相对。
根据本发明的示例性实施例中的任一个，输入机构还可以包括本地电源、本地光检测器和本地光源。电源可以包括电池组电池和太阳能电池。
附图说明
根据仅通过示例并参考附图来描述本发明的实施例的以下描述，本发明的这些和其它方面将变得显而易见，在附图中：
图1是示出适用于与本发明的示例性实施例一起使用的现有技术触敏屏的示意图；
图2是根据本发明示例性实施例的触觉输入装置的示意性透视图，该触觉输入装置呈嵌入触敏显示屏中的无源旋转表盘的形式；
图3是图2的无源光学旋转表盘的示意性横截面视图；
图4是示出图2的无源旋转表盘的内部部分的示意性分解视图；
图5是根据本发明的第二示例性实施例的触觉输入装置的示意性平面视图，该触觉输入装置呈图2的旋转表盘的无源旋转表盘替代示例性实施例的形式；
图6是基于根据本发明的第二示例性实施例的三板触敏显示屏布置的根据本发明的示例性实施例的无源光学旋转表盘的示意性横截面视图；
图7a和图7b是基于双板布置的根据本发明的又一示例性实施例的无源光学推动按钮开关的示意性横截面视图；
图8是基于双板布置的根据本发明的另一示例性实施例的有源光学旋转表盘的示意性横截面视图；
图9是基于单板布置的根据本发明的另一示例性实施例的无源光学旋转表盘的示意性平面视图；
图10a和图10b是基于根据本发明的第六示例性实施例的单板布置的根据本发明的另一示例性实施例的无源光学推动按钮开关的示意性横截面视图；
图11是基于单板布置的根据本发明另一示例性实施例的有源光学旋转表盘的示意性横截面视图；
图12是基于具有光束栅格的单板布置的根据本发明的另一示例性实施例的无源光学旋转表盘的示意性平面视图；并且
图13是基于具有光束栅格的单板布置的根据本发明的另一示例性实施例的无源光学旋转表盘的横截面图；
具体实施方式
现将参考附图的图1解释基础技术，在图1中示出适用于与本发明一起使用的已知屏幕的示例性实施例。光学透明板5、6由较低折射率间隙9隔开。顶板5的形状基本上为矩形，并且由多个光源7围绕。这些光源可以具体地是LED光源7，但也可以是如本领域已知的任何合适的光源(OLED、激光等)。光源7以预定角度均匀地注入频率调制光。该角度使得光通过全内反射(TIR)包含在顶板内。TIR发生所需的特定角度由用于形成顶板5的材料确定，并且被称为“临界角”。如果已知顶板5和较低折射率间隙9的折射率，则可以使用斯涅尔定律容易地计算该角度。通过用户手指或触摸屏触笔8在顶板5上的接触阻挠顶板5内的全内反射，从而在接触位置处允许一些逃逸光10被发射到较低折射率间隙9中。
底板6轻掺杂有光散射颗粒11。来自顶板的逃逸光10行进通过较低折射率间隙9并进入底板6中。然后，通过TIR将逃逸光10捕获在底板6内。当光10沿着底板6的长度行进时，其入射在光散射颗粒11上。这些光散射颗粒11散射入射的逃逸光10，改变底板6内表面上的入射角，从而允许散射光离开底板6。光10作为沿着底板6行进的距离的函数被分散。到达底板6的边缘的光被传感器(诸如光检测器6a)拾取。光检测器6a定位在底板6的周边周围，并且向内面向底板的中心。由于光检测器6a的位置是已知的并且检测到相对光强度，因此计算机可以计算接触点的精确位置。
纯粹地，通过示例的方式，在WO2015/155508中描述了该技术及其操作的方式的各种实施例。然而，应当理解，其他光学触摸屏技术可以适用于与本发明的各方面一起使用，因此，本发明不必旨在限制于此。
参考附图的图2、图3和图4，示出了本发明的第一示例性实施例，其中旋转表盘12嵌入光学触敏屏的顶板5的表面中。在该示例性实施例中，触敏屏包括两层光学透明板5、6，其间放置有具有较低折射率的材料层，如参考附图的图1所述。显示屏4可以放置在触敏屏下方，该触敏屏可以包括任何已知的显示屏，例如但不限于LED或OLED显示屏。通过围绕装置的周边均匀定位的多个LED 7将光均匀地注入顶板5中。如前所述，该光通过TIR包含在顶板5内。
表盘12的形状基本上是圆柱形的，并且一直嵌入顶板5直到其到达较低折射率间隙9。成角度反射器14位于旋转表盘12内，具有大致直角三角形横截面。反射器的竖直壁14a大致邻近顶板5并向外面向顶板5的边缘。反射器14的水平壁14b与较低折射率间隙9相邻并且向下面向底板6。成角度壁所处的角度使得其将入射光向下反射到较低折射率间隙9中并且因此反射到底板6中。
如上面关于图1的触摸屏所述，其中触摸位置由位于底板6周围的光检测器6a检测到的光强度确定，旋转表盘的相对位置可以通过类似的方法确定。具体参考附图的图4，旋转表盘还包括由一对同心不透明圆形光栅环(内环21和外环20)构成的光脉冲产生机构。外环20具有在环周围以相等的间隔隔开的光学透光孔19。内环仅具有定位在环中的与反射器14对准的点处的单个光学透光孔18。
特别参考附图的图4，两个环20、21可以相对于彼此以相反的方向旋转。内环21固定到旋转表盘12，并且被布置成使得孔18始终与反射器14对准。当孔18和19对准时，从光源7入射到外环20上的光仅入射在反射器14上。因此，在使用中，在旋转表盘旋转的同时，光以一系列脉冲15入射到反射器14上。在附图的图3中可以最佳地看到光脉冲15。
期望使机构停留在孔18、19总是对准或总是完全不对准的位置，以确保在不需要时不产生光脉冲。这可以通过诸如本领域已知的机械布置来完成，例如，锯齿点击机构或多个周向布置的磁体，并且本发明在此方面不做限制。
在附图的图4中，外光栅环20和内光栅环21示出在P5868GB00不同平面高度上。这仅是为了清楚地示出组成部件，应当理解，在使用中，至少在所示的示例性实施例中，两个环20、21将装配在相同的平面高度上。
在上面的示例中，仅示出了穿过内环21的单个孔18和单个反射器14，但是对于本领域技术人员来说显而易见的是，可以使用多个孔18和反射器14。光脉冲15被向下引导通过较低折射率间隙9朝向轻掺杂底板6，该底板6如前所述散射光，并且因此可以确定旋转表盘的旋转位置。
因此，与现有技术装置相比，提供了一种不需要布线的完全光学触觉输入装置。这意味着否则会妨碍显示器的电线不再存在，并且因此本发明便于提供更清洁、更集成的显示器。对于本领域技术人员显而易见的是，也可以使用诸如折射器、漫射器，衍射器或其任何组合的光学元件来代替反射器14。
由于旋转表盘12是纯光学的，因此可以通过表盘本身看到显示器，允许在表盘上显示不同的显示器。例如，如果要在洗衣机显示器上使用表盘，则表盘本身可以显示由表盘的相对位置选择的洗涤周期。
在替代实施例中，并且参考图5，光脉冲产生机构可以包括固定光栅环20。在该实施例中，固定光栅环20具有多个孔19并保持固定在相同的位置，使得每个孔19相对于光源7处于相同的位置。还存在内光栅环21，内光栅环21包括光可以穿过的单个孔18。反射器14和内光栅环21与旋转表盘12一起旋转。当固定光栅环20上的孔19与内光栅环21上的孔对准时，光穿过反射器，并且随着孔经过对准位置，光脉冲15(参见附图的图4)被注入底板6中。入射在反射器14(并且因此入射在底板6上)上的光脉冲15的确切位置取决于光穿过的孔19的位置。然后检测光脉冲15并确定其位置，如上所述。
在该实施例中，光学径向表盘可以与周围的触摸屏检测系统结合使用，从而提供混合触摸屏和触觉输入装置界面，而不需要对现有触摸屏检测系统进行重大修改。
当使用上述光学双板触敏显示器技术时可能出现的潜在问题是系统可能不具有与例如投射电容式触敏显示器技术一样好的多点触摸能力。在某些情况下，包括光学触摸屏和诸如上述那些旋转光学表盘的系统可能会混淆计算机算法，因为可能发生信号干扰。如果屏幕上的触摸和来自上面的表盘的光脉冲同时发生，则它们在算法试图确定它们的相对位置时可能相互干扰。通过参考图6描述的本发明的另一示例性实施例可以减轻该问题。
参考附图的图6，提供了一种光学触敏显示器，其包括嵌入三板显示屏中的光学旋转表盘12。三板显示屏包括如前述实施例中的顶板5和底板6，然而三板显示屏还包括附加中间板27。顶板5检测来自用户的食指或触笔的触摸，例如，以上述参考附图的图1描述的方式进行检测。中间板检测光学旋转表盘12的旋转运动，如参考附图的图2-图5中的任何一个所描述的。每个板5、6、27由较低折射率间隙9隔开。板5、27由多个光源7、28围绕。顶板5的光源7在第一频率f1上被调制。中间板27的光源28在第二频率f2上被调制。频率f1和f2总是彼此不同，并且由算法标记，使得计算机可以区分关于触摸位置的信息和关于拨盘旋转位置的信息。
反射器14被定位成使得反射器的竖直壁14a没有延伸到高于中间板27的上表面。另外，除了在与中间板27对应的平面之外，在任何其他平面中，可以不在内环20和/或外环21中设置孔18、19。这确保了顶板5中的光不会被表盘的旋转运动混淆。
现在参考附图的图7a和图7b，提供了本发明的第四示例性实施例。这里，触觉显示器输入装置不是旋转表盘而是开关40，该开关40可以通过对开关的上表面施加压力来闭合/断开。
与前面的实施例一样，提供了由多个光源7(可以是LED或OLED)围绕的顶板5，多个光源7发射频率调制光并将其注入到板5中，频率调制光通过TIR被捕获在板5中。提供开关40，该开关40嵌入开关壳体41中的顶板5中。开关外壳41具有多个孔42。与上述旋转表盘不同，开关不旋转，因此孔42不会相对于光源7旋转。内光栅环21还包括多个孔18，多个孔18总是与开关壳体41中的孔42纵向对准。对于该实施例，内光栅环21中的孔18的数量可以等于开关外壳41中的孔42的数量，因为计算机现在不寻找旋转位置数据，而是与两种状态(断开或闭合)之一有关的数据。反射器14围绕开关40的内部连续延伸。轻微掺杂有光散射颗粒11的底板6通过较低折射率间隙9与顶板5分离。
当开关断开时，孔18与孔42不对准，使得入射在孔42上的光不能穿过以入射到底板6上，并且因此计算机没有检测到来自开关的信号，并且因此开关40被确定为处于断开状态。
现在具体参考附图的图7b，对开关40施加压力将开关推入闭合位置。这里，孔18和42对准，允许光穿过到达反射器42并向下反射到底板6中。现在可以检测到反射光的存在，并且根据检测到的光水平的变化，还可以确定开关的确切位置，并且因此确定开关的身份，因此现在确定开关40处于闭合位置。计算机可以被编程为通过打开或关闭某个功能来响应开关的断开和闭合，例如，如果该显示器位于滚筒式甩干机上，则这种开关40可以用于闭合或断开电源。
可以使用任何合适的机械机构将开关从断开位置移动到闭合位置，反之亦然，并且本发明不对此进行限制。例如，可以使用弹簧或磁性机构。类似地，在上述示例性实施例中，孔18、42通过开关的纵向移动而对准，然而本领域技术人员清楚的是，可以使用由竖直按压和简单的旋转机构或通过用户的旋转切换操作产生的简单旋转运动容易地使其工作。这不必旨在形成本发明的一部分。
可选地，用于实现孔18、42的对准的机械机构可以用于在开关40闭合的持续时间内产生连续的调制光束，或者通过使对准成为致动的瞬时部分来产生调制光的简单脉冲。由此可以看出，如何可以利用本发明容易地构造滑块、上下垫、操纵杆或一些其他光学触觉输入装置。
上述示例性实施例是本发明的所谓“无源”实施例，因为它们本身不需要电源工作，并且仅使用嵌入有装置的顶板5中的光能起作用。本发明的以下示例性实施例具有它们自己的电源，因此在本文中称为“有源”光学触觉装置。
参考附图的图8，如前所述，光学触觉输入装置30(诸如上面参考图2-图7描述的那些中的任何一个)被嵌入光学触敏屏中。因此，触敏屏包括由多个光源7围绕的顶板5、由多个光检测器6a围绕的底板6、以及显示屏4。光学触觉输入装置30包括电源，在该实施例中，电源是电池组31和太阳能电池32(或类似的光能转换器)。太阳能电池32可以使用环境光或来自顶板5中的光源7的光。环境光或顶板5中的光可以用于对电池组31进行“涓流充电”，即以与其放电的速率相同的速率对其充电。如果需要比可用于太阳能电池32的能量更多的能量，则顶板5中的附加专用和定向光束可以用于增加至系统的可用能量。然后，触觉装置30可以使用该电力经由一些本地电子处理电路29来驱动其自己的调制频率光源33。该光源33可以以与顶板5的周边周围的光源7相同的频率被调制。可替代地，可以以与光源7不同的频率调制光源33，使得系统可以区分触摸动作和触觉装置动作。这消除了对中间板27的需要(如参考附图的图6所述)。
可替代地，传送触觉装置位置或状态的方式可以通过直接从触觉装置本身对这些进行测量然后将该数据编码到调制光信号上来实现。然后由在底板6周围的光检测器6a直接检测该信息并由计算机解码该信息。这实现了与具有中间板27(如图6中所示)或具有以与光源7不同频率调制的光源33相同的结果，其中计算机能够区分光学触觉输入装置动作和触摸动作。因此，允许光学触觉输入装置30和触摸屏同时使用。
包括诸如电池组31的本地电源增加了进一步的灵活程度并增强了触觉装置的能力水平以并入附加的电功能，例如：接近检测器、压力传感器、环境温度传感器、指纹读取器、相机、近场通信器、到其自身或其他系统的无线电链路以及附加开关等。
可选地，光学触觉输入装置30还可以并入机械致动器，诸如但不限于电动马达。这将提供有源触觉反馈，诸如对运动、振动等的抵抗。到目前为止所描述的在计算机和光学触觉装置之间的通信仅是单双工(即，从触觉装置到计算机)，然而在计算机和光学触觉输入装置(在这种情况下是旋转表盘30)之间实现全双工通信将允许计算机控制触觉装置上的附加特征。仍参考附图的图8，这是通过使用例如相位调制将数据编码到发射到顶板5中的调制光上来实现的。然后这由光学传感器34检测并使用本地电子处理电路29进行解码。这允许计算机和光学触觉输入装置30之间的全双工通信，而不会干扰顶板5的触摸检测机构，从而允许计算机控制触觉装置上的附加特征。可替代地，显示器4可以用于通过与位于光学触觉输入装置30内的光检测器35光学通信来与光学触觉输入装置30通信。在该实施例中，光检测器35相对于其在显示器4上方的位置必须是相对静止，或者其位置总是已知的，以便显示器4直接与光检测器35通信。这将更简单且成本有效地建立计算机和光学触觉输入装置30之间的通信链路，尽管具有非常低的数据速率。一个简单的实施方式示例是，通过在光检测器35下方的显示器上闪烁简单的点，可以将基本二进制编码指令发送到触觉装置30以告诉它启用或者替代地禁用可能已经并入的任何附加特征，诸如振动致动器等。现在参考附图的图9，提供了本发明的另一示例性实施例，其包括如前述实施例中的顶板5，然而这次没有底板6。这里，顶板5由围绕板的周边分布的多个光学发射器46和光学接收器47围绕。它们可以交替地间隔开，或者可能它们甚至可以一个在另一个的顶部上，使得在顶板5的上半部分中存在光学发射器46的平面，并且在顶板5的下半部分中存在光学接收器47的平面。光学发射器46在整个顶板5中均匀地散布调制光，使得如前所述，光通过TIR被包含。嵌入板内的光学表盘48包含多个向内突出的弯曲反射器49，弯曲反射器49面向外围光学发射器46和光学接收器47。如图所示，任何入射光被反射为扇形光束50。然后光学接收器47检测作为时间函数的反射光强度的变化。因此，可以使用相对简单的算法计算来检测表盘的方向和角速度。
图9示出了四个等间隔的反射器，用作无源旋转表盘的一部分，然而根据应用需要，本发明可以具有更多或更少的这种反射器。可以使用折射、反射和/或光学透镜来创建光束。
在本发明的替代实施例中，可以包括旋转光栅环，诸如参考附图的图4所述的实施例中的那些。在该实施例中，由表盘48的旋转运动产生的光脉冲为确定旋转速率提供了更高的精度。
现在参考附图中的图10a和图10b，提供嵌入由单个顶板5构成的单板触敏屏中的开关60，顶板5由多个光学发射器46和光学接收器47围绕。本发明的示例性实施例与参考附图的图7a和图7b描述的无源开关实施例类似地工作，除了当开关外壳41中的孔42与内光栅环21中的孔18对准时，光沿着它刚刚行进的路径被反射回来。该实施例中的反射器61是平面的并且垂直于顶板5的平面对准。
光学接收器47检测光强度的增加，并且因此计算机可以确定开关是处于闭合位置还是断开位置。通过该实施例，可以在一个板中提供多个开关。在顶板5的周边周围的相应的光学接收器47处检测到的相对光强度水平可以允许计算机确定哪个开关已经闭合和/或断开。可选地，对于来自指定光学发射器46的定向光束使用指定的调制频率，可以确定已被致动的唯一开关。
关于附图的图9-图10b描述的上述实施例是所谓的“无源”实施例，因为光学触觉输入装置不具有它们自己的电源。然而，本领域技术人员将清楚，与上述多板实施例一样，单板实施例的所谓“有源”版本是完全可行的。
现在参考附图的图11，提供了具有其自己的电源的光学触觉输入装置30，在该实施例中，电源是电池组31和太阳能电池32(或类似的光学换能器)。太阳能电池32可以用于对电池31进行涓流充电。本发明的实施例具有与参考附图的图8描述的实施例相同的所有能力。不同之处在于，代替将光传输到底板6中以由光检测器6a拾取，光将由光源33沿着顶板5的平面返回朝向光学接收器47传输。
同样，为了避免触摸信号和光学触觉输入装置信号之间的干扰，从光学触觉输入装置发出的光可以以与顶板5的周边周围的另一光学发射器46不同的频率被调制。另外，如前所述，计算机和光学触觉输入装置30之间的全双工通信可以通过由光学发射器46用所需数据对发射到顶板5中的调制光进行编码来建立。然后，该信号可以由触觉装置传感器34检测，并使用本地电子处理电路29进行解码。可替代地，如前所述，可以使用显示器和光检测器35实现更简单和更低带宽形式的计算机到触觉装置通信，该光检测器35指向显示器的特定部分。通过在光检测器35正下方的显示器上闪烁点，形成简单的通信信道。用于计算机和光学触觉装置之间的全双工通信的其他可能机制可以是通过建立RF链路，或使用近场通信等。但是这些再次比先前描述的更复杂和耗电。
最后，参考附图的图12和图13，示出了本发明的第四示例性实施例，包括位于显示器4上方的光学透明的顶板5。围绕顶板5的周边的是交替的光学发射器70a和光学接收器70b对，其对准使得每个发射器70a直接与接收器70b相对，反之亦然。每个发射器70a将准直光束直接导向其相应的接收器，其中对于每个发射器/接收器对来唯一地调制光。通过TIR将光束保持在顶板内。发射器70a可以全部同时打开或顺序地打开。
在图12和图13所示的示例中，光学触觉输入装置是光学透明的表盘71，然而可以可替代地使用上述实施例中的任一个。表盘应该是与顶板5相同的材料，并且如果它不是相同的材料，则必须至少具有相同的折射率，以便减小准直光束穿过表盘71和顶板5之间的间隙时的行进方向的偏差。为了使表盘71内的光束偏移最小化，间隙必须保持尽可能小。
在表盘内，偏离中心处具有轻掺杂材料的杆72，该杆72能够漫射、衍射、吸收和反射来自准直光束的光。通过观察图13可以最佳地看出这一点。当转动表盘71时，杆72跟踪顶板5中的圆形路径。当杆72切割光束时，光被分散，并且强度衰减。因此，跨越顶板5并沿着顶板5扫描的同时在接收器70b处读取接收信号的电平，可以确定杆72的位置，并且因此可以确定表盘71的旋转位置。这也可以允许计算旋转速率。
从前面的描述中，对于本领域技术人员显而易见的是，在不脱离由所附权利要求限定的本发明的范围的情况下，可以对所描述的实施例进行修改和变化。

Claims (22)

1.一种光学输入装置，包括：
-至少一个光学透明板，其具有位于所述至少一个光学透明板的外围边缘处的至少一个光源，所述至少一个光源被布置和配置成沿其平面长度、以使得所述调制光通过其全内反射包含在所述光学透明板内的角度将频率调制光传输到所述光学透明板中；
-至少一个传感器，其被配置成接收所述调制光中的一些或全部；
-至少一个输入机构，其嵌入所述光学透明板内，所述至少一个输入机构被配置成相对于所述光学透明板能够机械移动；
-显示屏，其可通信地联接到所述至少一个光检测器；以及
-处理模块，其用于从所述至少一个光检测器接收信号，并且产生表示待显示在所述显示屏上的信息的数据；
其中，所述装置被配置成使得所述输入机构相对于所述光学透明板的机械移动和对所述透明板施加压力均使得由所述至少一个光检测器接收的所述调制光产生相应变化；并且其中由所述至少一个光检测器接收的所述调制光的变化使所述处理模块产生表示待显示在所述显示屏上的信息的变化的数据。
2.根据权利要求1所述的光学输入装置，其中所述传感器是光检测器。
3.根据权利要求1或2所述的光学输入装置，还包括光学色散基板，其中所述至少一个光检测器位于所述光学色散基板的外围边缘处，所述显示屏位于所述光学色散基板的下方。
4.根据权利要求3所述的光学触觉输入装置，包括恰好两个光学透明板，每个所述光学透明板具有位于所述光学透明板的外围边缘处的至少一个光源，所述至少一个光源被布置和配置成沿其相应的平面长度、以使得所述调制光通过其全内反射包含在所述光学透明板内的角度将频率调制光传输到每个所述光学透明板中，其中包含在一个所述光学透明板内的所述频率调制光以与另一所述光学透明板内的所述频率调制光不同的频率被调制。
5.根据权利要求3所述的光学触觉输入装置，其中所述输入装置是一个基本上圆柱形的光学透明的旋转表盘。
6.根据权利要求5所述的光学触觉输入装置，其中所述旋转表盘还包括位于所述表盘内的成角度反射器，所述成角度反射器偏离中心并向下朝向所述基板成角度，所述成角度反射器将来自所述至少一个光源的入射光向下传输到所述光学色散基板上，其中所述光的强度在其朝向所述至少一个光检测器行进时被分散。
7.根据权利要求6所述的光学触觉输入装置，其中所述旋转表盘还包括位于所述光学透明的表盘内的至少两个同心光栅环，即内光栅环和外光栅环，所述至少两个同心光栅环与所述旋转表盘共享相同的中心轴线，并且绕所述中心轴线相对于彼此在相反方向上可旋转。
8.根据权利要求7所述的光学触觉输入装置，其中所述外光栅环包括多个光学透明孔。
9.根据权利要求7所述的光学触觉输入装置，其中所述内光栅环包括单个光学透明孔。
10.根据权利要求9所述的光学触觉输入装置，其中所述内光栅环上的所述单个光学透明孔固定成与所述反射器对准。
11.根据权利要求3所述的光学触觉输入装置，其中所述输入机构是大致圆柱形的按钮开关，所述按钮开关具有不透明的圆周侧和圆形顶侧，所述按钮开关被配置成使得所述开关在断开配置和闭合配置之间可移动。
12.根据权利要求11所述的光学触觉输入装置，其中所述开关还包括大致圆形的成角度反射器，所述成角度反射器围绕所述按钮开关的内周边延伸，所述反射器向下朝向所述基板成角度。
13.根据权利要求12所述的光学触觉输入装置，其中所述开关还包括在所述圆周侧中的至少一个光学透明孔。
14.根据权利要求13所述的光学触觉输入装置，其中当所述开关处于所述断开配置时，所述光学透明孔与所述反射器不对准，使得没有光传输到所述基板中。
15.根据权利要求12所述的光学触觉输入装置，其中当所述开关处于所述闭合配置时，所述光学透明孔与所述反射器对准，使得光被传输到所述基板中。
16.根据权利要求11至15中任一项所述的光学触觉输入装置，其中对所述开关的所述圆形顶侧施加压力将所述开关从所述断开配置移动到所述闭合配置。
17.根据权利要求1所述的光学触觉输入装置，其中所述输入机构包括大致圆柱形的光学透明的旋转表盘，所述旋转表盘包括固定到所述旋转表盘的圆周侧的至少一个弯曲反射器。
18.根据权利要求17所述的光学触觉输入装置，其中所述光学透明板由多个光学发射器和光学接收器对围绕。
19.根据权利要求1所述的光学触觉输入装置，其中所述输入机构是光学透明的大致圆柱形的旋转表盘，其具有穿过所述旋转表盘延伸的偏心光学色散杆。
20.根据权利要求19所述的光学触觉输入装置，其中所述光学透明板由交替的光学发射器和光学接收器对围绕，每个所述光学发射器在几何上与每个所述光学接收器中的一个相对。
21.根据前述权利要求中任一项所述的光学触觉输入装置，其中所述输入机构还包括本地电源、编码器和本地光源。
22.根据权利要求21所述的光学触觉输入装置，其中所述电源包括电池组电池和太阳能电池。
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