CN116420125A - 光学触摸传感器 - Google Patents

Abstract

一种光学传感器，包括：沿着检测区域的两个相互面对边缘的透镜；沿着其中一个指定边缘安装的光发射器，每个发射器使光束投射经过透镜中的相应一个，其中，透镜将投射的发射器光分开成多个发散光束，这些发散光束被引导穿过检测区域，射向沿着检测区域中与该指定边缘面对的边缘的相应多个透镜，其中，每个受引导光束的光强度沿着它的中心最大，而且每个受引导光束内的强度分布是已知的；沿着与该指定边缘面对的边缘的光检测器，每个检测器经过相应一个透镜接收被引导穿过检测区域的光；以及处理器，其接收来自检测器的输出，并基于每个受引导光束内已知的强度分布和所接收的输出，计算物体在检测区域中的位置。

Description

光学触摸传感器

技术领域

本发明的领域是触摸屏，特别是光学触摸屏。

背景技术

参见图1，它是第9,471,170号美国专利中描述的第一现有技术光学触摸屏的简化图，该专利名称为“LIGHT-BASED TOUCH SCREEN WITH SHIFT-ALIGNED EMITTER ANDRECEIVER LENSES”(“带移位对齐发射器和接收器透镜的基于光的触摸屏”)，并已转让给本发明的受让人。触摸屏900被透镜阵列300-303包围。发射器100-121沿着触摸屏的两个相邻边缘布置，检测器200-223沿着其余两个边缘布置。沿触摸屏边缘的发射器相对于沿触摸屏对面边缘的检测器移位对齐。透镜300和301被配置为对来自每个发射器的光进行传播，以到达两个相对的检测器，而透镜302和303被配置为使得每个检测器接收来自两个相对发射器的光。

图1显示了水平光束400-407和竖直光束408-421，每个光束起源于一个相应的发射器并到达两个检测器。每个发射器由处理器901与其对应检测器同步激活。处理器901还存储检测器输出并基于这些输出计算触摸位置。

参见图2，它是第9,063,614号美国专利中描述的第二现有技术光学触摸屏的简化图，该专利名称为“OPTICAL TOUCH SCREENS”(“光学触摸屏”)，并转让给本发明的受让人。触摸屏902被透镜阵列304-307包围。发射器122-174沿着触摸屏的两个相邻边缘布置，检测器224-278沿着其余两个边缘布置。对比图1中的透镜300和301，透镜305和306被配置成传播来自每个发射器的光，以到达多个检测器。类似地，透镜304和307被配置为使得每个检测器接收来自多个发射器的光，例如每个二极管±8个通道。图2画出了检测到的光束422-474的密集网格。每个发射器由处理器903与其对应检测器同步激活。处理器903还存储检测器输出并基于这些输出计算触摸位置。

图1中所示触摸屏系统具有较窄的光通道，可为进行触摸检测提供良好的信号电平。此外，每个光束都经过成型，以提供整个光束宽度上的信号梯度。这些信号梯度能够通过比较不同发射器-检测器对所检测到的被阻挡光量，精确识别阻挡物体在光束中的位置。因此，该系统提供了来自每个光通道的出色信息。此外，该系统能良好工作于组件之间大间距(表示为p)(例如，p介于15毫米和18毫米之间)的情况。然而，该系统对于抑制假触摸并不是最佳的，因为竖直光束几乎是平行的，水平光束也是如此。

参见图3，它是假触摸问题的简化图。被阻挡光束(检测)725-728关于位置910-913中哪些位置包含触摸物体产生了歧义。在这种情况下，实际物体位于位置910和911。

假触摸问题存在于图1的触摸屏中。相比之下，图2中所示的触摸屏系统为水平光束和竖直光束提供了一系列不同的角度，例如±20°。这使系统能够很好地抑制假触摸。该系统在组件稍多的情况下工作最佳，例如p≈12.5mm，这使得该系统更加昂贵。发射器光束的广角为每个发射器-检测器对提供较低的信号电平，而且，每个发射器-检测器光通道不具有图1系统中那样的光束宽度上的信号梯度，使得触摸位置计算不那么准确。图2的触摸屏系统还具有更多的光通道，因此在激活所有发射器-检测器通道以及存储和处理检测信号方面成本更高。

下表总结了图1和2中所示系统的特征。

第US2012/0188206Al号公布(“'206公布”)，其标题为“OPTICAL TOUCH SCREENWTH TRI-DIRECTIONAL MICRO-LENSES”(“带三方向微透镜的光学触摸屏”)，是序列号为13/424,472的美国专利申请的公布，已转让给本发明的受让人。'206公布讨论的光学触摸屏中，特别是参见'206公布中的图83、89、90、98和99，每个发射器光束被分开成三个独立的光束。针对这种每个发射器光束被分开成三个独立光束的光学触摸屏的动机，特别是参见'206公布中的图83、89、90、98和99，如下所述。为了解决图1光学触摸屏中假触摸问题，即试图根据不充分的位置数据对多个触摸进行唯一识别的问题，需要更多的信息。'206公布中提出的解决方案是提供更多的检测通道，即更多的光束网格。网格越不同，信息内容越好。因此，所添加的与现有网格成45度倾斜的网格，可以在不添加许多通道的情况下，提供最多的信息。

然而，附加的45度网格要求：检测器光电二极管(PD)沿着屏的所有四个边缘放置，因此，不能利用图1中的配置，即LED在触摸屏两个边缘上，而PD沿着触摸屏对面边缘。这导致LED和PD沿着屏的边缘交替的配置。

于是，具有以下选择：是在屏的四个边缘中的两个边缘上使用半透镜，还是在所有边上仅使用标准透镜，也就是说，透镜应沿屏的相互面对边缘对齐，还是如图1中所示的移位对齐。移位对齐配置具有优点，如第9,471,170号美国专利中讨论的那样。然而，就附加的45度通道而言，移位对齐配置是复杂的。因此，由于附加的45度通道，需要对齐配置。

屏相互面对边缘上的透镜对齐配置，意味着屏相互面对边缘上的LED和PD组件也对齐。但是，必须确定每个LED是与另一LED面对，还是与PD面对。假设来自每个LED的中心光束在穿过屏时扩展并因此到达沿着屏对面边缘的三个组件—如果每个LED都与另一LED面对，那么来自一个LED的中心光束会到达两个PD。然而，这会导致中心出现不良信息的麻烦，这是因为该中心光束的中间被引导向LED，而不是PD。另一方面，如果每个LED都与PD面对，则通道从LED径直穿过到达PD，但跨越三个相对组件的中心光束仅到达一个PD(以及该PD任一侧的两个LED)。在这种情况下，通道不会有重叠，并且利用数个信号(通道)的内插的可能性受到严重限制。美国第9,471,170号专利中讨论了内插重叠通道的益处。将每个LED面对PD对准并且不具有重叠通道的配置可用于比较大的物体，如'206公开的第[0332]段中指出的那样。

提供重叠通道的方式在'206公开的第[0333]段中进行了讨论；即，使用小表面使不同的光通道相互交织，以获得三向图案上的均匀分布。该诸多小表面因向数个方向传播光以及使相邻光束相互交织而使信号变弱。此外，'206公开第[0333]段中讨论的系统在间距宽度方面不如美国第9,471,170号专利中所讨论的系统灵活，因为'206公开要求屏的两侧上都有偶数个间距。信号通过焦距和间距成型，并且虽然有良好信息，但不能调整得太多，看起来像'206公开中的图94和图95。

本发明针对的是解决现有技术的缺点。本发明的其他优点通过下面的描述将变得清楚。

发明内容

于是，根据本发明的实施例，提供了一种用于检测物体位置的光学传感器，包括：多个透镜，其沿着矩形检测区域的两个相互面对边缘布置；电路板，其安装在所述透镜下方；多个光发射器，其沿着矩形检测区域的该两个相互面对边缘中的一个指定边缘安装在电路板上，每个光发射器在被激活时能够操作，以使光束投射经过所述透镜中的相应一个透镜，其中，所述透镜被配置为将投射自每个光发射器的光束分开成多个发散光束，这些发散光束被引导穿过矩形检测区域，射向沿着矩形检测区域中与该指定边缘面对的边缘布置的相应多个透镜，其中，每个受引导光束的光强度沿该受引导光束的中心是最大的，而且每个如此受到引导的光束内的光强度的分布是已知的；多个光检测器，其沿着矩形检测区域中与该指定边缘面对的边缘安装在电路板上，每个检测器经过沿着矩形检测区域的与该指定边缘面对的边缘布置的所述透镜中相应一个透镜，接收被引导穿过矩形检测区域的光束；以及处理器，其接收来自所述光检测器的输出，并基于每个受引导光束内已知的光强度分布和所接收的输出，计算物体在矩形检测区域中的位置。

根据本发明实施例的进一步特征，所述多个光发射器相对于所述多个光检测器移位对齐。

根据本发明实施例的进一步特征，所述透镜被设计成使得不同宽度的光束被所述透镜引导穿过矩形检测区域。

根据本发明实施例的进一步特征，所述透镜被设计成使得：所述透镜中布置在矩形检测区域拐角附近的那些透镜引导穿过矩形检测区域的光束，比被所述透镜中其他透镜引导穿过矩形检测区域的光束更窄。

根据本发明实施例的进一步特征，所述透镜中布置在矩形检测区域的拐角附近的那些透镜，小于所述透镜中的其他透镜。

根据本发明实施例的进一步特征，所述透镜中布置在矩形检测区域的拐角附近的那些透镜被设计成：与所述透镜中的其他透镜相比，将来自光发射器中相应光发射器的光束分开成的发散光束更少。

根据本发明实施例的进一步特征，所述透镜以扇形形状传播多个发散光束，每个扇形具有顶角，其中，所述透镜中布置在矩形检测区域的拐角附近的那些透镜所产生的光束扇形，其顶角小于所述透镜中由其他透镜所产生的光束扇形的顶角。

附图说明

通过以下结合附图的详细描述，将会更充分地理解和领会本发明，其中：

图1是第一现有技术光学触摸屏的简化图；

图2是第二现有技术光学触摸屏的简化图；

图3是假触摸的简化图；

图4是根据本发明，在图1的光学触摸屏中，基于光学信号计算触摸位置的原理的简化图；

图5是根据本发明的实施例，来自发射器的光被分开成三个光通道的简化图；

图6是根据本发明的实施例，来自发射器的光被分开成两个光通道的简化图；

图7是根据本发明的实施例，将实际触摸与假触摸区分开的简化图；

图8是根据本发明的实施例，可以由透镜产生的五个不同光束的简化图；

图9至图12是根据本发明的实施例，用于光学传感器中的透镜的视图；

图13是根据本发明的实施例，光学触摸屏检测区域的简化图；

图14至图16是根据本发明的实施例，光学触摸屏中部分重叠的中心光束的简化图；

图17至图19是根据本发明的实施例，光学触摸屏中部分重叠的左偏光束的简化图；

图20至图22是根据本发明的实施例，光学触摸屏中部分重叠的右偏光束的简化图；

图23和图24是根据本发明的实施例，在触摸屏的具有图14-22光束的不同部分中为进行触摸检测提供的重叠光束数量简化图；

图25至图27是根据本发明的实施例，光学触摸屏中部分重叠的大左偏光束简化图；

图28和图29是根据本发明的实施例，光学触摸屏中部分重叠的大右偏光束简化图；

图30和图31是根据本发明的实施例，在触摸屏的具有图4、14、15和25-29光束的不同部分中，为进行触摸检测提供的重叠光束数量简化图；

图32是根据本发明的实施例，针对穿过屏的外部光束和内部光束使用不同光学器件的光学触摸屏简化图；

图33A是根据本发明的实施例，显示出光学触摸屏中不同屏区段的分布图，这些区段具有不同数量的重叠检测通道；

图33B显示的是根据本发明的实施例，使用文本和箭头的图33A的不同屏区段；以及

图34是根据本发明的实施例，针对诸透镜被配置为将每个发射器光束分开成两个发散光束而不是三个发散光束的触摸屏，在触摸屏的不同部分中，为进行触摸检测提供的重叠光束数量简化图。

在本公开内容和附图中，使用以下附图标记方案。同样编号的元件是相似的，但不一定是相同的。

具体实施方式

下表总结了与图1和图2中所示的现有技术触摸屏的特征相比，根据本发明的触摸屏的某些特征。

参见图4，它是根据本发明，在图1的光学触摸屏中，基于光学信号计算触摸位置的原理简化图。图4示出了触摸屏实施例中的信号梯度。发射器109投射竖直光束409穿过检测区域900，由相邻的检测器221和222进行检测。具体地说，光束部分475由检测器222检测，光束部分476由检测器221检测。光束部分475显示为从发射器109处的透镜延伸到检测器222处的透镜的平行四边形，光束部分476显示为从发射器109处的透镜延伸到检测器221处的透镜的平行四边形；光束部分475和476中的虚线表示每个光束部分的中心。透镜301使光束409成形，使得最大强度沿着光束的中心，并且强度梯度朝着光束的边缘减小，如检测709和708表示的那样。透镜303类似于透镜301，汇聚入射到检测器上的入射光。当物体阻挡光束部分475的一部分到达检测器222并阻挡光束部分476的一部分到达检测器221时，物体沿光束409宽度的位置通过比较检测器221和222处的检测而确定：如果检测是相等的，则物体是沿着光束的中心轴线，而如果检测是不相等的，则它们的比率表示物体向光束中心的一侧偏移了多远。

图4还显示了检测器219接收来自两个发射器111和112的光，具体地说，来自发射器111的光束部分477和来自发射器112的光束部分478到达检测器219。当光束部分477和478重叠时，系统通过将发射器-检测器对111-219的检测与发射器-检测器对112-219的检测进行比较，确定物体沿着重叠的宽度其位置在何处。

图4显示了从发射器117-119到检测器211-214的竖直光束417-419。这些光束的重叠的被检测部分479说明：放置在检测区域900中的物体将被至少两个发射器-检测器对检测，即，{(e,d),(e,d+l)}或{(e,d),(e+l,d)}，其中，e和e+1是两个相邻的发射器，d和d+1是两个相邻的检测器。如上面所解释的，重叠的检测以及成形的光束提供了信号梯度，使得能够通过比较数个发射器-检测器对对单个物体检测的幅值，实现对触摸所述屏或以其他方式进入这些光束平面的物体的位置的精确计算。比较这些检测的一种方法是通过内插。发射器-检测器对的同步激活由处理器903控制。处理器903还存储检测器输出，并基于这些输出计算被检测物体的位置。

图4示出了沿检测区域900的两个边缘的发射器透镜与沿检测区域900的对面边缘的检测器透镜移位对齐，并且来自每个发射器的光束被两个面对的检测器检测，可以表示为被相对发射器对面偏移+/-0.5个透镜间距的检测器检测到。根据本发明，来自每个发射器的光被分开成数个光束，这些光束由附加的检测器对检测，以提供附加的检测通道和更多的假触摸抑制角度。

因此，在本发明的某些实施例中，第一附加光束被引导向沿着检测区域的对面边缘的检测器，这些检测器相对该发射器对面偏移1.5和2.5个透镜间距，而第二附加光束被引导向沿着检测区域的对面边缘的检测器，这些检测器相对该发射器对面偏移-1.5和-2.5个透镜间距。这些附加光束绘制在图17-22中。当提供所有三组光束(即，被引导向相对发射器对面偏移+/-0.5个透镜间距的检测器的原始光束，加上两个附加光束)时，提供了六组检测通道。这种情况绘制在图23和图24中。

在本发明的其他实施例中，使用不同的附加光束来提供范围更宽的假触摸抑制角度。即，第一附加光束被引导向相对发射器对面偏移3.5和4.5个透镜间距的相邻检测器，而第二附加光束被引导向相对发射器对面偏移-3.5和-4.5个透镜间距的检测器。这些附加光束绘制在图25-29中。当这些光束与被引导向相对发射器偏移+/-0.5个透镜间距的检测器的原始光束一起提供时，提供了六组检测通道，如图30和图31所示。本发明另外一些实施例提供了具有更大发射器-检测器偏移的附加光束，如图25-29所示，但在检测区域边缘附近提供具有较小发射器-检测器偏移的附加光束，如图32和图33所示。

参见图5，图5是根据本发明的实施例，来自发射器的光被分开成三个光通道的简化图。图5示出了将每个发射器光束分开成三个独立的发散光束484-486，每个独立光束被成型为具有上面参照图4所描述的梯度，使得最高强度沿着每个独立光束的中心，并且光强度从光束中心向外减小。这些被分开的、经过成型的光束由透镜309形成，并且类似的透镜311设置在检测器处，用于使三个方向中每一个方向上的光束被引导到各检测器上。光束484-486中的每一个都到达两个检测器。具体来说，光束484到达检测器214和215；光束485到达检测器212和213；光束486到达检测器210和211。因此，光束484和485之间以及光束485和486之间的最小角度是：

其中，p是相邻组件之间的间距，L是发射器行和相对的检测器行之间的距离。

虽然图5示出的是每个光束被分开成三个独立的成型光束，但是，在本发明的其他实施例中，每个光束仅分开成两个独立的成型光束，从而为每个独立光束提供更大量的光。

参见图6，图6绘制的是来自发射器118的光被分开成两个独立光束484和485，每个独立光束被成型为具有上面参照图4和图5描述的梯度，使得最高强度沿着每个独立光束的中心，并且光强度从光束中心向外减小。这些分开的成型光束由透镜309形成，并且相似的透镜311设置在检测器处，用于使两个方向中每一个方向上的光束被引导到检测器。光束484和485中的每一个都到达两个检测器。特别地，光束484到达检测器213和214，并且光束485到达检测器211和212。因此，光束484和485之间的最小角度是：

其中，p是相邻组件之间的间距，L是发射器行和相对的检测器行之间的距离。

光束484和485均由发射器118投射。透镜309将这两个光束分开并成型，并使它们经过透镜311被引导向检测器211-214。检测器211-214处的检测由倾斜曲线711-714表示。每个光束的最大强度是沿着其中心，由靠近光束中心并向外下降的每个曲线711-714的最大值表示。

参见图7，图7是根据本发明的实施例，将实际触摸与假触摸区分开的简化图。图7示出的是检测区域904中的两个触摸，并且示出了在如图6所示的每个发射器具有两个发散光束的系统中，由图6中被阻挡的左斜光束484指示的四个候选触摸点的位置，与由图6中被阻挡的右斜光束485指示的四个候选触摸点略有不同。箭头931指示右斜竖直和水平光束的方向，箭头932指示左斜竖直和水平光束的方向。右斜光束指示可能的触摸位置910、911、912'和913'，左斜光束指示可能的触摸位置910、911、912"和913"。因此，实际物体出现的位置910和911对于两组光束都是相同的，而假位置912和913不相同。相应地，通过比较由不同组光束表示的触摸位置，确定对于不同组光束来说相同的位置为实际触摸位置，而对于不同组光束来说不相同的位置不是触摸位置。换句话说，通过组合来自所有光束的触摸检测，确定：由不同组光束进行的检测聚集在特定位置的位置是实际触摸位置，而由不同组光束进行的组合检测更为发散的位置不是触摸位置。将每个发射器光束分开成三个发散光束，为假触摸问题提供了更稳健的解决方案。此外，如下文所讨论的那样，发散光束之间的角度越大，假触摸的消除就越稳健。

因此，将来自每个发射器的光分开成两个或三个光束提供了不同角度的光束，这些光束解决了图1的触摸屏无法类似解决的许多假触摸情况。此外，分开的光束利用许多不同的重叠光束覆盖了大部分显示区域，为计算触摸位置提供了更高的分辨率和精度。

参见图8，图8是根据本发明的实施例，可以由透镜产生的五个不同光束的简化图。图8示出的是可以从发射器118通过透镜产生的五个不同的光束487-491。如上文所讨论的那样，五个光束中的每一个都被成型为沿着中心具有最大强度，并且，强度随着远离中心线而减小。这种光束形状使得能够根据物体阻挡的光量识别出物体在光束宽度内所在的位置。每个光束都被引导向位于检测区域对面边缘的一对检测器。在本发明的某些实施例中，每个透镜产生这五个光束中的三个。在下文讨论的某些实施例中，远离检测区域904拐角的透镜产生中心光束489和两个外部光束487和491，以便提供大角度分开的光束，而靠近检测区域拐角的透镜被构造为生成三个内部光束488-490，因为外部光束487或491将被引导向检测区域904之外而不会到达对面边缘上的检测器。

参见图9-12，这些图是根据本发明的实施例，光学传感器中使用的透镜的视图。图9示出的是触摸屏及其横截面，该触摸屏具有被透镜结构309-312包围的检测区域904。

图10示出的是图9中触摸屏的透镜结构309。这种透镜结构安装在一系列光发射器上方，并且它将来自每个发射器的光分开成三个独立光束。图10示出了聚焦透镜324和325，以及将光分开成独立光束的透镜327和328。

图11示出聚焦透镜325的其中一个以及透镜327的关联部分，具有重复的将光分开成三个独立光束的三个箭头表示的三面型图案。在为每个发射器配置两个光束而不是三个光束的传感器中，透镜327具有在两个方向上小表面的重复的锯齿形图案，以生成两个发散光束。

图12示出的是透镜结构309在触摸检测区域拐角附近的区段。该区段包括聚焦透镜324和用于分开光的关联透镜328。因为这个透镜靠近检测区域的拐角，所以透镜328被配置为引导光，使得最右边的光束到达检测区域对面边缘上的检测器，而在一些实施例中，该区段与其他区段相比将光分开成更少的光束。在某些实施例中，这个区段的透镜比其他区段的透镜小，因此被配置为与其他区段相比生成更聚集的光束，因为与其他屏区段相比，屏边缘由更少的重叠光束覆盖。

参见图13，它是根据本发明的实施例，光学触摸屏检测区域的简化图。图13示出的是根据本发明的实施例，围绕检测区域904的透镜构架308-311。透镜阵列308中的每个透镜将来自发射器100-107中相应一个的光束引导穿过检测区域904。透镜阵列310中的每个透镜将入射光引导到检测器200-208中的相应一个上。检测器200-208的数量大于对面发射器100-107的数量，因为发射器和检测器是移位对齐的。这从透镜阵列310明显可见，透镜阵列310在其任一端具有七个全透镜和两个半透镜，而透镜阵列308具有八个全透镜。透镜阵列309中的每个透镜将来自发射器108-121中相应一个的光束引导穿过检测区域904。透镜阵列311中任一端的每个透镜或半透镜将入射光引导到检测器209-223中的相应一个上。检测器209-223的数量大于对面发射器108-121的数量，因为发射器和检测器是移位对齐的。这从透镜阵列311明显可见，透镜阵列311在其任一端具有十三个全透镜和两个半透镜，而透镜阵列309具有十四个全透镜。如上文参照图5和图6所讨论的那样，来自每个发射器的光被分开成多个独立的成型光束，并且每个光束到达沿着检测区域904的对面边缘的两个相邻检测器。发射器-检测器对是指，来自一个发射器的一部分光束到达一个对面检测器。后面诸图绘出了这些部分，指示根据本发明实施例的提供检测信息的各种发射器-检测器对。

参见图14-16，这些图是根据本发明的实施例，光学触摸屏中部分重叠的中心光束的简化图。图14示出的是第一组光束部分500-513，即，来自每个发射器的中心光束的左侧部分。这些光束部分提供了第一组发射器-检测器检测通道。

图15示出的是第二组光束部分514-527，即，来自每个发射器的中心光束的右侧部分。这些光束部分提供了第二组发射器-检测器检测通道。

图16示出的是图14和图15中所示光束部分500-527对检测区域904的覆盖。图16表示检测区域904的大部分被两个光束部分覆盖，即，两个检测通道，除了检测区域904外边缘处的两个窄三角形区段，这两个区段仅被一个检测通道覆盖。对于从发射器100-107向检测器200-208行进的水平光束，存在类似的覆盖图。

参见图17-19，它们是根据本发明的实施例，光学触摸屏中部分重叠的左偏光束的简化图。图17示出的是第三组光束部分528-539，即，来自每个发射器的左偏光束的左侧部分。这些光束部分提供了第三组发射器-检测器检测通道。

图18示出的是第四组光束部分540-551，即，来自每个发射器的左偏光束的右侧部分。这些光束部分提供了第四组发射器-检测器检测通道。

图19示出的是左偏光束(即图17和图18中所示的光束部分528-551)对检测区域904的附加覆盖。图19表示检测区域904的大部分被两个光束部分覆盖，即两个检测通道，除了沿着左偏光束528左侧外边缘的第一窄三角形区段以及在左偏光束551右侧外边缘处的较宽三角形区段，这两个区段仅被一个检测通道覆盖。图19还示出了在检测区域904外边缘处的两个三角形区段没有被这些左偏光束覆盖。对于从发射器100-107向检测器200-208行进的水平光束，存在类似的覆盖图。图19表示在提供所示检测通道528-551中起作用的发射器系列921和检测器系列920。

参见图20-22，它们是根据本发明的实施例，光学触摸屏中部分重叠的右偏光束的简化图。图20示出的是第五组光束部分563-574，即，来自每个发射器的右偏光束的左侧部分。这些光束部分提供了第五组发射器-检测器检测通道。

图21示出的是第六组光束部分575-586，即，来自每个发射器的右偏光束的右侧部分。这些光束部分提供了第六组发射器-检测器检测通道。

图22示出的是右偏光束(即图20和图21中所示光束部分563-586)对检测区域904的附加覆盖。图22表示检测区域904的大部分被两个光束部分覆盖，即两个检测通道，除了沿着右偏光束586右侧外边缘的第一窄三角形区段以及在右偏光束563左侧外边缘处的较宽三角形区段，这两个区段仅被一个检测通道覆盖。图22还示出了在检测区域904外边缘处的两个三角形区段没有被这些右偏光束覆盖。对于从发射器100-107向检测器200-208行进的水平光束，存在类似的覆盖图。图22表示在提供所示检测通道563-586中起作用的发射器系列923和检测器系列922。

参见图23和图24，它们是根据本发明的实施例的简化图，显示在触摸屏的具有图14-22光束的不同部分中为进行触摸检测提供的重叠光束的数量。图23示出的是当上文参照图14-22讨论的所有六组检测通道组合在一起时对检测区域904的覆盖。检测区域904的中心部分被来自所有六组检测光束(中心光束、左偏光束和右偏光束)的多个检测信号覆盖。然而，图23表示仅被三组或四组检测信号覆盖的检测区域904边缘附近的区域，以及仅被一个或两个检测信号覆盖的区域。

图24表示，在图23所示的实施例中，覆盖检测区域904不同部分的检测通道数量。检测通道数量在1-6之间变化。相似的检测通道分布图适用于从发射器100-107到检测器200-208的水平光束。

参见图25-27，它们是根据本发明的实施例，光学触摸屏中部分重叠的大左偏光束简化图。图25示出了检测通道位于每个发射器和从发射器对面偏移4.5个透镜间距的相应检测器之间；图26示出了检测通道位于每个发射器和从发射器对面偏移3.5个透镜间距的相应检测器之间；图27示出了被这两个检测通道覆盖的组合区域。图27表示在提供所示检测通道600-619中起作用的发射器系列925和检测器系列924。

参见图28和图29，它们是根据本发明的实施例，光学触摸屏中部分重叠的大右偏光束简化图。图28示出了检测通道位于每个发射器和从发射器对面偏移-3.5个透镜间距的相应检测器之间；图29示出了检测通道位于每个发射器和从发射器对面偏移-4.5个透镜间距的相应检测器之间。

参见图30和图31，它们是根据本发明的实施例，在触摸屏的具有图4、14、15和25-29光束的不同部分中，为进行触摸检测提供的重叠光束数量简化图。图30和图31示出的是覆盖检测区域中利用图4、14、15和25-29光束的不同部分的通道数量。图30和图31显示了检测区域的外部部分比检测区域的中间部分具有更少的检测通道。图30和图31表示在提供所示检测通道600-619中起作用的发射器系列925、927和检测器系列924、926。

参见图32和图33，它们是根据本发明的实施例，针对穿过屏的外部光束和内部光束使用不同光学器件的光学触摸屏简化图。图32示出的是由与图5中光束484和486相似的光束沿着检测区域的外边缘提供的检测通道。将这些光束添加到图30和图31所示的系统中，为检测区域的外边缘相关部分提供了附加的检测通道。

图33A和图33B是当沿着检测区域的边缘设置图32所示附加光束和通道时，图30和图31系统中检测通道覆盖情形的两个视图。图33A是彩色编码的，而图33B使用文本和箭头来表示针对触摸屏每个区段的检测通道数量。图33A和图33B示出部分检测区域具有多达九个检测通道。通过修改透镜和发射器-检测器激活序列，可以将具有更大发射器-检测器偏移的附加光束添加到光学传感器，并且这样的系统也在本发明的范围内。

按照上文的讨论，将来自每个发射器的光分开成附加光束增加了精度，并且能够更好地辨别假触摸。参见图34，它是根据本发明的实施例，针对诸透镜被配置为将每个发射器光束分开成两个发散光束而不是三个发散光束的触摸屏，在触摸屏的不同部分中，为进行触摸检测提供的重叠光束数量的简化图。图34示出的是，当来自每个发射器的光被分开成四个光束(即图6中的两个光束484和485，以及光束484左边的一个光束和光束485右边的另一个光束)时，覆盖触摸屏每个部分的光束或检测通道数量。

触摸屏的边缘部分比屏中心具有更少的光束或检测通道。此外，来自拐角附近的发射器的光中更少的部分被用于进行触摸检测，因为沿着屏边缘可以使用的通道更少。因此，在本发明的某些实施例中，沿着屏边缘横穿屏的光通道被成型为比屏中间的通道更宽，并因此包含更大的信号强度。这要求屏拐角附近的透镜比其他透镜更长，并且在拐角附近光通道传播时所横跨的边缘区段大于其他光通道。在计算触摸位置方面，每个光束都基于其中心线分配坐标，并根据信号被阻挡的量计算所有这些坐标的加权和。因此，按照与其他光束相同的方式，坐标也被分配给边缘光束，并将它们添加到加权平均值。由于大透镜和宽光束靠近屏边缘，靠近屏边缘的光束中心线与其相邻光束之间的距离大于其他相邻光束中心线之间的距离。

在前面的说明书中，本发明已经参照其具体示例性实施例进行了描述。然而，很明显，在不脱离本发明的更广泛精神和范围的情况下，可以对具体示例性实施例进行各种变型和修改。因此，说明书和附图应被视为说明性而非限制性意义。

Claims (7)

1.一种用于检测物体位置的光学传感器，包括：

多个透镜，其沿着矩形检测区域的两个相互面对边缘布置；

电路板，其安装在所述透镜下方；

多个光发射器，其沿着所述矩形检测区域的两个相互面对边缘中的一个指定边缘安装在所述电路板上，每个光发射器在被激活时能够操作，使光束投射经过所述透镜中的相应一个透镜，其中，所述透镜被配置为将从每个光发射器投射的光束分开成多个发散光束，这些发散光束被引导穿过矩形检测区域，射向沿着矩形检测区域中与所述指定边缘面对的边缘布置的所述透镜中相应多个透镜，其中，每个受引导光束的光强度沿着该受引导光束的中心是最大化的，并且每个如此受引导的光束内的光强度分布是已知的；

多个光检测器，其沿着矩形检测区域中与所述指定边缘面对的边缘安装在所述电路板上，每个检测器经过沿着矩形检测区域的与该指定边缘面对的边缘布置的所述透镜中相应一个透镜，接收被引导穿过矩形检测区域的光束；以及

处理器，其接收来自所述光检测器的输出，并基于每个受引导光束内已知的光强度分布和所接收的输出，计算物体在矩形检测区域中的位置。

2.如权利要求1所述的光学传感器，其中，所述多个光发射器相对于所述多个光检测器移位对齐。

3.如权利要求1所述的光学传感器，其中，所述透镜被设计成使得不同宽度的光束被所述透镜引导穿过矩形检测区域。

4.如权利要求3所述的光学传感器，其中，所述透镜被设计成使得：被所述透镜中布置在矩形检测区域拐角附近的那些透镜引导穿过矩形检测区域的光束，比被所述透镜中其他透镜引导穿过矩形检测区域的光束窄。

5.如权利要求4所述的光学传感器，其中，所述透镜中布置在矩形检测区域的拐角附近的那些透镜小于所述透镜中的其他透镜。

6.如权利要求1所述的光学传感器，其中，所述透镜中布置在矩形检测区域的拐角附近的那些透镜被设计成：与所述透镜中的其他透镜相比，将来自所述光发射器中相应光发射器的光束分开成的发散光束少。

7.如权利要求1所述的光学传感器，其中，所述透镜以扇形形状传播所述多个发散光束，每个扇形具有顶角，其中，所述透镜中布置在矩形检测区域的拐角附近的那些透镜所产生的光束扇形，其顶角小于由所述透镜中其他透镜所产生的光束扇形的顶角。

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