DE112005001547T5

DE112005001547T5 - Vorrichtung und Verfahren für einen gefalteten Wellenleiter für ein optisches Element zur Verwendung mit lichtbasierten Touchscreens

Info

Publication number: DE112005001547T5
Application number: DE112005001547T
Authority: DE
Inventors: Gerard Dirk Los Gatos Smits
Original assignee: National Semiconductor Corp
Current assignee: National Semiconductor Corp
Priority date: 2004-06-30
Filing date: 2005-06-28
Publication date: 2007-05-10
Also published as: WO2006004764A2; US20120212456A1; KR20070039562A; US8184108B2; US20060001653A1; JP2008505398A; WO2006004764A3

Abstract

Vorrichtung, die folgendes umfaßt:
ein Touchscreen; und
ein Wellenleitersubstrat, welches an das Touchscreen angrenzend vorgesehen ist, wobei das Wellenleitersubstrat eine Mehrzahl von Wellenleitern umfaßt, wobei die Wellenleiter eine innenreflektierende Fläche aufweisen, um Licht, welches in eine erste Richtung entlang einer ersten Achse verläuft, in eine zweite Richtung entlang einer zweiten Achse zu reflektieren.

Description

Hintergrund der Erfindung
1. Erfindungsgebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft im allgemeinen lichtbasierte Touchscreen-Displays, und insbesondere eine Vorrichtung und ein Verfahren für einen gefalteten Wellenleiter für ein optisches Element, der gestattet, daß eine Einfassung minimaler Breite um den Umfang des Touchscreen-Display herum verwendet wird.
2 Beschreibung des Standes der Technik
Benutzer-Eingabevorrichtungen für Datenverarbeitungssysteme gibt es in vielen Formen. Zwei relevante Arten sind berührungsempfindliche Bildschirme (Touchscreens) und stiftbasierte Bildschirme. Mit einem Touchscreen oder einem stiftbasierten Bildschirm kann ein Benutzer Daten eingeben, indem er den Bildschirm entweder mit einem Finger oder mit einem Eingabegerät wie beispielsweise einem Stylus oder Stift berührt.
Ein herkömmlicher Ansatz zum Bereitstellen eines Berührungs- oder stiftbasierten Eingabesystems besteht darin, einen resistiven oder kapazitiven Film über den Bildschirm bzw. Anzeigeschirm zu legen. Dieser Ansatz hat eine Reihe von Problemen. In erster Linie bewirkt der Film, daß die Anzeige dunkel bzw. trübe erscheint, und er verschleiert die Sicht auf die darunterliegende Anzeige. Um dies zu kompensieren, wird oft die Intensität des Anzeigeschirms erhöht. Jedoch sind im Falle der meisten tragbaren Geräte, wie beispielsweise Mobiltelefonen, PDAs ("Personal Digital Assistants") und Laptops üblicherweise keine Anzeigeschirme mit hoher Intensität vorgesehen. Wenn sie verfügbar wären, würde die zusätzliche Intensität zusätzliche Leistung erforderlich machen, wodurch die Lebensdauer der Batterie des Gerätes verringert würde. Außerdem werden die Filme leicht beschädigt. Diese Filme sind daher nicht ideal zur Verwendung mit Stift- oder Stylus-Eingabevorrichtungen. Die Bewegung des Stifts oder Stylus kann den dünnen Film beschädigen oder zerreißen. Dies trifft insbesondere in Situationen zu, in denen der Benutzer mit erheblicher Kraft schreibt. Darüberhinaus skalieren die Kosten dramatisch mit der Größe der Anzeige. Bei großen Anzeigen bzw. Bildschirmen sind die Kosten daher typischerweise untragbar.
Ein weiterer Ansatz zum Bereitstellen von Berührungs- oder stiftbasierten Eingabesystem besteht darin, ein Array von LEDs als Quellen entlang zweier benachbarter X-Y-Seiten eines Eingabedisplays vorzusehen und ein reziprokes Array von zugehörigen Photodioden entlang der gegenüberliegenden zwei benachbarten X-Y-Seiten des Eingabedisplays zu verwenden. Eine jede LED erzeugt einen Lichtstrahl, der auf die reziproke Photodiode gerichtet ist. Wenn der Benutzer das Display berührt, entweder mit einem Finger oder einem Stift, werden die Unterbrechungen in den Lichtstrahlen durch die zugehörigen X- und Y-Photodioden auf der gegenüberliegenden Seite des Displays detektiert. Die Dateneingabe wird somit erfaßt, indem die Koordinaten der Unterbrechungen berechnet werden, wie sie durch die X- und Y-Photodioden detektiert werden. Diese Art von Dateneingabe-Display hat jedoch eine Reihe von Problemen. Es wird eine große Anzahl von LEDs und Photodioden für ein typisches Dateneingabe-Display benötigt. Die Position der LEDs und der reziproken Photodioden müssen außerdem ausgerichtet werden. Die relativ große Anzahl von LEDs und Photodioden und die Notwendigkeit für eine präzise Ausrichtung machen solche Displays kompliziert, teuer und schwierig herzustellen.
Noch ein weiterer Ansatz umfaßt die Verwendung von Polymerwellenleitern um sowohl Lichtstrahlen von einer einzelnen Lichtquelle zu erzeugen, als auch Lichtstrahlen mit einem einzigen Array-Detektor zu empfangen. Diese Systeme neigen dazu, kompliziert und teuer zu sein, und sie machen eine Ausrichtung zwischen den optischen Elementen und den Wellenleitern erforderlich. Die Wellenleiter werden üblicherweise in einem Lithographieprozeß hergestellt, der teuer oder schwierig bereitzustellen sein kann. Darüber hinaus sind die Wellenleiter typischerweise eben. Daher ist die Einfassung um die Anzeige herum relativ breit. Als Beispiel wird auf US Patent Nr. 5,914,709 verwiesen.
Dementsprechend besteht Bedarf für einen gefalteten Optisches-Element-Wellenleiter der gestattet, daß eine Umfassung minimaler Breite um den Umfang eines Touchscreen-Display herum verwendet wird.
Zusammenfassung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren für einen gefalteten Wellenleiter für ein optisches Element, der gestattet, daß eine Einfassung minimaler Breite um den Umfang eines lichtbasierten Touchscreen-Display herum verwendet wird. Die Vorrichtung und das Verfahren umfassen ein Touchscreen und ein Wellenleitersubstrat, welches an das Touchscreen angrenzend vorgesehen ist. Das Wellenleitersubstrat umfaßt eine Mehrzahl von Wellenleitern und eine Mehrzahl von optischen Elementen, die an das Touchscreen angrenzend vorgesehen sind. Die Wellenleiter umfassen eine innenreflektierende Fläche, um Licht senkrecht zur Oberfläche des Touchscreen zu reflektieren. Somit sind die Emissions- und Detektions-Wellenleiter gefaltet und um die Seitenränder des Displays herum vorgesehen. Demzufolge kann die Breite der Einfassung um das Display herum minimiert werden.
Kurze Beschreibung der Figuren
Die Erfindung sowie deren weiteren Vorteile können am besten unter Bezugnahme auf die folgende Beschreibung im Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen verstanden werden, von denen:
1 eine Touchscreen-Displayvorrichtung ist.
2 ist eine Einfassung, die um den Umfang der Touchscreen-Displayvorrichtung herum verwendet wird.
3 ist ein Querschnitt der Einfassung, die um den Umfang der Touchscreen-Vorrichtung herum verwendet wird.
4 ist eine perspektivische Ansicht eines gefalteten Wellenleitersubstrats und einer Einfassung, die um die Touchscreen-Displayvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung herum verwendet wird.
5 ist eine Seitenansicht des gefalteten Wellenleiters und der Einfassung der vorliegenden Erfindung.
6A ist eine Querschnittsansicht des gefalteten Wellenleiters und der Einfassung der vorliegenden Erfindung.
6B und 6C sind vergrößerte Diagramme von gefalteten Wellenleitern gemäß der vorliegenden Erfindung.
7 ist eine weitere Touchscreen-Vorrichtung, die mit dem gefalteten Wellenleiter und der Einfassung der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann.
In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche Komponenten und Elemente.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
In 1 ist eine Touchscreen-Dateneingabevorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung gezeigt. Die Dateneingabevorrichtung 10 definiert eine zusammenhängende Ebene oder Schicht bzw. "Lamina" 12 aus Licht im freien Raum, der an ein Touchscreen bzw. Schirm 14 angrenzt. Die Schicht 12 aus Licht wird durch X- und Y-Eingabelichtquellen 16 bzw. 18 erzeugt. Eine optische Positionsdetektionsvorrichtung 20, welche optisch mit der Lichtschicht gekoppelt ist, ist vorgesehen, um Dateneingaben in die Eingabevorrichtung zu detektieren, indem die Orte von Unterbrechungen in der Schicht ermittelt werden, die hervorgerufen werden, wenn Daten in die Eingabevorrichtung eingegeben werden. Die optische Positionsdetektionsvorrichtung 20 umfaßt ein X-Empfangsarray 22, ein Y-Empfangsarray 24 und einen Prozessor 26. Die X- und Y-Eingabelichtquellen 16 und 17 und die X- und Y-Empfangsarrays 22 und 24 sind in einer Einfassung 28 ummantelt, die die Schicht 12 und den Touchscreen 14 umgibt.
Während des Betriebes gibt ein Benutzer Daten in die Vorrichtung 10 ein, indem er den Schirm 14 unter Verwendung einer Vorrichtung wie beispielsweise eines Stifts, eines Stylus oder eines Fingers, berührt. Während des Berührens des Schirms mit der Eingabevorrichtung wird die Lichtschicht 12 im freien Raum, der an den Schirm angrenzt, unterbrochen. Das X-Empfangsarray 22 und das Y-Empfangsarray 24 der optischen Positionsdetektionsvorrichtung 20 detektieren die Unterbrechung. Basierend auf den X- und Y-Koordinaten der Unterbrechung erfaßt der Prozessor 26 die Dateneingabe in die Vorrichtung 10.
Die Lichtschicht 12 hat gemäß einer Ausführungsform der Erfindung eine im wesentlichen gleichförmige Intensität. Der benötigte dynamische Bereich der lichtempfindlichen Schaltung in dem X-Achsen-Empfangsarray 20 und dem Y-Achsen-Empfangsarray 22 wird daher minimiert, und es wird eine hohe Interpolationsgenauigkeit beibehalten. In einer alternativen Ausführungsform jedoch kann eine nicht gleichförmige Schicht 12 verwendet werden. Unter diesen Umständen sollte der Bereich geringster Intensität der Schicht 12 eine Intensität auf weisen, die die Lichtaktivierungsschwelle der lichtdetektierenden Elemente, die von dem X-Achsen-Array 20 und dem Y-Achsen-Array 22 verwendet werden, übersteigt.
Das Touchscreen 14 kann eine beliebige Art von Datenanzeige gemäß verschiedener Ausführungsformen der Erfindung sein. Beispielsweise kann der Schirm 14 eine Anzeige für einen PC, eine Workstation, einen Server, einen mobilen Computer, einen Laptop-Computer, ein Verkaufsterminal, ein Personal-Digital-Assistance (PDA)-Gerät, ein Mobiltelefon oder eine beliebige Kombination derselben sein, oder irgendeine andere Art von Vorrichtung, die Dateneingaben empfängt und verarbeitet.
Die Wellenlänge des durch die X-Achsen- und Y-Achsen-Lichtquelle 16 bzw. 18 erzeugten Lichts, welches zum Erzeugen der Schicht 12 verwendet wird, kann gemäß unterschiedlichen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ebenfalls variieren. Beispielsweise kann das Licht eine große Bandbreite aufweisen, mit einem ausgedehnten Wellenlängenspektrumsbereich von 350 Nanometer bis 1100 Nanometer, wie beispielsweise weißes Licht aus einer Glühlichtquelle. Alternativ kann das Eingabelicht ein schmales Band aufweisen, mit einem beschränkten Spektrum, welches in einem Bereich von 2 Nanometer liegt. Die Verwendung von Licht mit einem schmalen Band gestattet das Filtern von breitbandigem Rauschlicht. Die Verwendung eines schmalbandigen Lichtes gestattet es außerdem, die Lichtwellenlänge im wesentlichen an das Ansprechprofil des X-Achsen-Lichtempfangsarrays 20 und des Y-Achsen-Lichtempfangsarrays 22 anzupassen. In noch einer weiteren Ausführungsform kann homogenes Licht mit einer einzigen Wellenlänge verwendet werden. Beispielsweise kann bei dieser Anwendung Infrarot- bzw. IR-Licht verwendet werden, welches üblicherweise bei drahtlosen Datenübertragungskommunikationen verwendet wird.
Die Lichtquellen können, unabhängig von ihrem Typ, außerdem entweder kontinuierlich oder periodisch betrieben werden, unter Verwendung eines Ein/Aus-Zyklus. Ein Ein/Aus-Zyklus spart Leistung, minimiert die von der Lichtquelle erzeugte Wärme und gestattet eine zeitliche Filterung, um Rauschen zu verringern, wie beispielsweise eine Lock-In-Detektion. Während des Aus-Zyklus messen das X-Lichtempfangsarray 20 und das Y-Lichtempfangsarray 22 das passive oder "dunkle" Licht (Rauschen). Die Dunkellichtmessung wird dann von dem aktiven Licht subtrahiert, welches während des Ein-Zyklus detektiert wird. Die Subtraktion filtert somit einen Gleichstrom-Hintergrund heraus, der durch das Umgebungslicht erzeugt wird.
Während eines jeden Aus-Zyklus kann außerdem das passive Licht kalibriert werden, wodurch dem System gestattet wird, sich auf veränderliche Umgebungslichtmuster einzustellen.
In noch einer weiteren Ausführungsform können die X-Achsen- und die Y-Achsen-Lichtquelle 16 bzw. 18 intermittierend zyklisch ein- und ausgeschaltet werden. Während der alternierenden Zyklen ist die X-Achsen-Quellen 16 eingeschaltet, wenn die Y-Achsen-Quelle 18 ausgeschaltet ist, und umgekehrt. Diese Anordnung benötigt weniger Spitzenleistung, da nur eine Lichtquelle gleichzeitig eingeschaltet ist, während sie immer noch die Subtraktionsfilterung während eines jeden X- und Y-Ein/Aus-Zyklus gestattet.
Um den Stromverbrauch zu verringern, kann außerdem ein "Schlafmodus" für die X-Achsen- und Y-Achsen-Lichtquellen 16 und 18 verwendet werden. Wenn für eine vorbestimmte Zeitdauer keine Dateneingaben vorgenommen werden, kann die Intensität der X-Achsen- und Y-Achsen-Lichtquellen 16 und 18 gesenkt bzw. gedimmt werden. Die Rate, mit der Schatten-Unterbrechungen abgetastet werden, wird ebenfalls auf eine niedrigere Rate abgesenkt, beispielsweise ungefähr 5-mal pro Sekunde. Wenn eine Schatten-Unterbrechung detektiert wird, werden die Intensitäten der X-Achsen- und Y-Achsen-Lichtquellen 16 und 18 und die Abtastrate auf einen normalen Betriebsmodus erhöht. Wenn nach einer vorbestimmten Zeitdauer keine Schatten-Unterbrechungen detektiert werden, werden die X-Achsen- und Y-Achsen-Lichtquellen 16 und 18 wiederum gedimmt und die Abtastrate verringert.
In 2 ist eine vergrößerte Ansicht der Einfassung 28 gezeigt. Die Einfassung 28 hat vier Seiten, die X- und Y-Licht-Eingabearrays 16, 18 und die X- und Y-Licht-Empfangsarrays 20, 22. Eine Mehrzahl von optischen Elementen 30 ist entlang des Innenumfangs der Einfassung 28 vorgesehen. Eine Mehrzahl von Wellenleitern 32 ist optisch jeweils mit der Mehrzahl von optischen Elementen 30 gekoppelt. Eine erste Untergruppe der Wellenleiter 32a erstreckt sich zwischen einer Lichtquelle 34, wie beispielsweise einem Laser, und den optischen Elementen 30 der Licht-Eingabearrays 16 bzw. 18. Eine zweite Untergruppe der Wellenleiter 32b erstreckt sich zwischen einer Bilderzeugungsvorrichtung 36, wie beispielsweise eine ladungsgekoppelte Vorrichtung (CCD) oder einem MOS-Bilderzeugungschip, und den optischen Elementen 30 der Licht-Empfangsarrays 20 bzw. 22. Die beiden Untergruppen von Wellenleitern 32a und 32b bilden etwas, was manchmal als „Wellenleiter-Autobahn" bzw. „Wellenleiter-Highway" bezeichnet wird. Das Intervall der einzelnen Wellenleiter 32 entlang des Highways kann variieren, beträgt aber typischerweise 1,6 Mikrometer. In verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung sind die optischen Elementen 30 Vertikal-Kollimationslinsen.
In 3 ist ein Querschnitt der Dateneingabevorrichtung 10 gezeigt. Der Querschnitt zeigt die Schicht oder Lamina 12, welche über dem Touchscreen 14 erzeugt ist. In verschiedenen Ausführungsformen kann die Schicht 12 in ihrer Dicke in einem Bereich von 1 bis 4 Millimeter rangieren. Der Querschnitt zeigt zwei optische Elemente 30, welche an gegenüberliegenden Seiten der Schicht 12 angeordnet sind. Wie oben beschrieben wurde, wird eines der optischen Elemente 30 (z.B. 30a) zur Lichteingabe verwendet, um die Schicht 12 zu erzeugen, und das andere (z.B. 30b) wird verwendet, um Dateneingaben zu detektieren (d.h. Unterbrechungen in der Schicht). Die Wellenleiter 32a und 32b sind optisch mit den beiden optischen Elementen 30a bzw. 30b gekoppelt. Die optischen Elemente 30a, 30b und die Wellenleiter 32a, 32b sind mit der Einfassung 28 integral oder in dieser ummantelt.
Bei lichtbasierten Eingabevorrichtungen, wie der in 1 gezeigten, wird typischerweise ein hoher Auflösungsgrad angestrebt. Um die angestrebte feinere Auflösung zu erreichen, wird eine größere Anzahl von relativ kleinen optischen Elementen 30 um den Umfang der Einfassung 28 herum benötigt. Da ein jedes optisches Element 30 einen zugehörigen Wellenleiter 32 aufweist, können die Wellenleiter-Highways 32a und 32b relativ breit werden. Demzufolge wird auch die Breite der Einfassung 28 sehr breit. Bei tragbaren Geräten, wie beispielsweise Mobiltelefonen, Personal Digital Assistants oder Laptop-Computern ist eine breite Einfassung, die die berührungsempfindliche Anzeige (Touchdisplay) umgibt, nicht erstrebenswert.
In 4 ist eine perspektivische Ansicht eines gefalteten Wellenleitersubstrats 40 gemäß der vorliegenden Erfindung gezeigt. Das gefaltete Wellenleitersubstrat 40 umfaßt eine Mehrzahl von optischen Elementen 30, die in eine Einfassung 41 eingebettet bzw. mit dieser integral sind, welche den Umfang eines Touchscreen 14 umgibt. Das Substrat 40 wird als „gefaltet" betrachtet, weil die einzelnen Wellenleiter 32 von der Oberfläche zu einer Seitenfläche oder vertikalen Fläche des Substrats 40 umgebogen sind. Innerhalb eines jeden Wellenleiters 32 erzeugt eine 45°-Schnittfläche einen innenreflektierenden Spiegel, der einen orthogonalen Lichtweg zwischen der Oberfläche und einer vertikalen Seitenfläche des Substrats 40 erzeugt. Somit bewegt sich auf der Sende- bzw. Transmissionsseite das Licht von einer Lichtquelle (nicht gezeigt) entlang der individuellen Wellenleiter 32a entlang einer oder mehrerer Seitenflächen des Substrats. Ein jeder Wellenleiter 32 knickt schließlich entlang der vertikalen Ach se des Substrats 40 nach oben ab. An dem Knick reflektiert die Spiegelfläche intern das Licht von der vertikalen zur horizontalen Achse und dann durch das zugehörige optische Element 30 hindurch. Auf der Empfangsseite tritt Licht durch die Mehrzahl der optischen Elemente 30 ein, und es wird intern von den Spiegelflächen reflektiert und verläuft dann entlang der zugehörigen Wellenleiter 42 entlang der Seitenfläche oder -flächen des Substrats 40 zu einer Bilderzeugungsvorrichtung (nicht gezeigt).
In 5 ist eine Ansicht von einer der Seiten des Substrats 40 gezeigt. In dieser Ansicht sind die optischen Elemente 30 entlang des oberen Umfangs des Substrats 40 gezeigt, und die verschiedenen Highways der Wellenleiter 32 sind gezeigt, wie sie entlang der Seite des Substrats 40 verlaufen. An der Stelle eines jeden optischen Elementes 30 knickt der zugehörige Wellenleiter 32 nach oben entlang der vertikalen Achse ab, die durch die Seite des Substrats 40 definiert ist. Die vertikale Achse ist senkrecht zur horizontalen Achse der Anzeige 14.
In 6 ist ein Querschnitt eines gefalteten Wellenleitersubstrats 40 für optische Elemente gezeigt. Das Wellenleitersubstrat 40 ist an das Touchscreen 14 angrenzend angeordnet. Im Querschnitt sind die zwei optischen Elemente 30 an gegenüberliegenden Seiten des Schirms 14 gezeigt. Wie dargestellt ist, umfaßt ein jedes optisches Element 30 eine innenreflektierende Fläche 44. Die reflektierende Fläche 44 erzeugt einen internen Spiegel des optischen Elements, der gestattet, daß Licht von der vertikalen Achse zur horizontalen Achse oder vice-versa reflektiert wird, je nachdem, ob der Wellenleiter zur Emission oder Detektion verwendet wird. Die Spiegelfläche 44 erzeugt eine Ablenkung der Lichtstrahlen um neunzig Grad, senkrecht zur Anzeige-Oberfläche des Touchscreen 14. Dementsprechend können die Wellenleiter 32 auf der Seite/den Oberflächen des Substrats 40 vorgesehen sein. Die Breite der Einfassung 41, die das Touchscreen 14 umgibt, ist daher minimiert.
In 6B ist eine Ausführungsform eines optischen Elements 30 gezeigt. In dieser Ausführungsform hat das optische Element eine gekrümmte Linsenfläche 45, die so konfiguriert ist, daß sie empfangenes Licht auf die innenreflektierende Fläche 44 fokussiert. Die innenreflektierende Fläche 44 richtet das reflektierte Licht auf einen einzigen Punkt, der in der Nähe des Wellenleiters 32 angeordnet ist. Auf diese Weise wird Licht, welches von der Schicht 12 durch die gekrümmte Linse entlang einer Achse empfangen wird, entlang einer dazu senkrechten Achse auf den Wellenleiter 32 gerichtet, und umgekehrt.
In 6C ist eine andere Ausführungsform eines optischen Elements 30 gezeigt. In dieser Ausführungsform hat das optische Element 30 eine ebene Linsenfläche 46, die so konfiguriert ist, daß sie empfangene Lichtstrahlen auf eine gekrümmte innenreflektierende Fläche 44 fokussiert. Die innen reflektierende Fläche 44 richtet das reflektierte Licht auf einen einzigen Punkt, der in der Nähe des Wellenleiters 32 liegt. Auf diese Weise wird Licht, welches von der Schicht 12 durch die ebene Linse 46 entlang einer Achse empfangen wird, entlang einer dazu senkrechten Achse auf den Wellenleiter 32 gerichtet, und umgekehrt.
In 7 ist eine andere Touchscreen-Anzeigevorrichtung gezeigt. Die Dateneingabevorrichtung 70 definiert ein Gitter aus Licht 32 im freien Raum, der an ein Touchscreen 14 angrenzt. Das Gitter aus Licht 72 wird durch eine X- und eine Y-Eingabelichtquelle 16 bzw. 18 erzeugt. Eine optische Positionsdetektionsvorrichtung 20, die optisch mit dem Lichtgitter 72 gekoppelt ist, ist vorgesehen, um Dateneingaben in die Eingabevorrichtung zu detektieren, indem sie den Ort von Unterbrechungen in dem Lichtgitter 72 erfaßt, die verursacht werden, wenn Daten in die Eingabevorrichtung eingegeben werden. Die optische Positionsdetektionsvorrichtung 20 umfaßt ein X-Empfangsarray 22, ein Y-Empfangsarray 24 und einen Prozessor 26. Während des Betriebs nimmt ein Benutzer Dateneingaben in die Vorrichtung 10 vor, indem er den Schirm 14 unter Verwendung eines Eingabegerätes, wie beispielsweise eines Stylus, eines Stifts oder eines Fingers berührt. Während des Berührens des Schirms mit dem Eingabegerät wird das Lichtgitter 72 in dem freien Raum, der an den Schirm angrenzt, unterbrochen. Das X-Empfangsarray 22 und das Y-Empfangsarray 24 der optischen Positionsdetektionsvorrichtung 20 detektieren die X- und Y-Koordinaten der Unterbrechung. Basierend auf den Koordinaten erfaßt der Prozessor 26 die Dateneingabe in die Vorrichtung 10. In einer alternativen Ausführungsform der Erfindung kann das gefaltete Substrat 40 mit der minimierten Einfassung 41, wie es oben unter Bezugnahme auf 4 bis 6 beschrieben wurde, mit der lichtbasierten Gitter-Eingabevorrichtung 70 zusammen verwendet werden.
Obwohl die vorhergehende Erfindung recht detailliert zum Zwecke der Klarheit und des Verständnisses beschrieben wurde, ist es offensichtlich, daß gewisse Veränderungen und Modifikationen innerhalb des Schutzumfangs der anhängenden Ansprüche vorgenommen werden können. Daher sollten die beschriebenen Ausführungsformen als illustrativ, aber nicht als beschränkend aufgefaßt werden, und die Erfindung sollte nicht durch die hier angegebenen Details beschränkt werden, sondern sollte durch die folgenden Ansprüche und ihren vollständigen Äquivalenzbereich definiert sein.
Zusammenfassung
Ein gefalteter Wellenleiter für optische Elemente, der eine minimale Breite einer Einfassung gestattet, die um den Umfang eines lichtbasierten Touchscreen-Displays herum zu verwenden ist. Die Vorrichtung und das Verfahren umfassen ein Touchscreen und ein Wellenleitersubstrat, welches an das Touchscreen angrenzend vorgesehen ist. Das Wellenleitersubstrat umfaßt eine Mehrzahl von Wellenleitern und eine Mehrzahl von optischen Elementen, die an das Touchscreen angrenzend vorgesehen sind. Die Wellenleiter umfassen eine innenreflektierende Fläche, um Licht senkrecht zur Oberfläche des Touchscreen zu reflektieren. Die Emissions- und Detektionswellenleiter sind somit gefaltet und um die Seitenränder des Displays herum vorgesehen. Demzufolge kann die Breite der Einfassung um das Display minimiert werden.

Claims

Vorrichtung, die folgendes umfaßt: ein Touchscreen; und ein Wellenleitersubstrat, welches an das Touchscreen angrenzend vorgesehen ist, wobei das Wellenleitersubstrat eine Mehrzahl von Wellenleitern umfaßt, wobei die Wellenleiter eine innenreflektierende Fläche aufweisen, um Licht, welches in eine erste Richtung entlang einer ersten Achse verläuft, in eine zweite Richtung entlang einer zweiten Achse zu reflektieren.
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die erste Achse senkrecht zur zweiten Achse ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der das Wellenleitersubstrat ferner eine Mehrzahl von optischen Elementen umfaßt, die jeweils optisch mit der Mehrzahl von Wellenleitern gekoppelt sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die innenreflektierende Fläche eine transparente Fläche ist, die in einem Winkel von im wesentlichen fünfundvierzig Grad bezüglich der ersten Achse und der zweiten Achse ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 3, bei der die Mehrzahl von optischen Elementen auf einer ersten Fläche des Wellenleitersubstrats vorgesehen ist und die Mehrzahl von Wellenleitern auf einer oder mehreren zweiten Flächen des Wellenleitersubstrats vorgesehen sind, wobei die erste Fläche und die eine oder mehreren zweiten Flächen jeweils senkrecht zueinander sind.
Vorrichtung nach Anspruch 5, bei der die optischen Elemente einer ersten Untergruppe aus der Mehrzahl von optischen Elementen, welche auf der ersten Fläche des Wellenleitersubstrats vorgesehen sind, so konfiguriert sind, daß sie Licht bereitstellen, welches an das Touchscreen angrenzt.
Vorrichtung nach Anspruch 6, bei der eine erste Untergruppe aus der Mehrzahl von Wellenleitern vorgesehen ist, um Licht von einer Lichtquelle jeweils für die erste Untergruppe von optischen Elementen bereitzustellen.
Vorrichtung nach Anspruch 5, bei der optische Elemente einer zweiten Untergruppe aus der Mehrzahl von optischen Elementen auf der ersten Fläche des Wellenleitersubstrats konfiguriert sind, um Licht zu empfangen, welches an das Touchscreen angrenzt.
Vorrichtung nach Anspruch 8, bei der eine zweite Untergruppe aus der Mehrzahl von Wellenleitern vorgesehen ist, um Licht, welches durch die zweite Untergruppe optischer Elemente empfangen wird, zu einer Licht-Bilderzeugungsvorrichtung zu überbringen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der das Wellenleitersubstrat ferner eine Einfassung umfaßt, die den Umfang des Touchscreen umgibt.
Vorrichtung nach Anspruch 10, die ferner eine Mehrzahl von optischen Elementen umfaßt, die durch die Umfassung des Wellenleitersubstrats ummantelt sind.
Vorrichtung nach Anspruch 3, bei der die optischen Elemente Kollimationslinsen umfassen.
Vorrichtung nach Anspruch 3, bei der eine erste Untergruppe von optischen Elementen konfiguriert ist, um eine Schicht aus Licht zu erzeugen, die an das Touchscreen angrenzt, und eine zweite Untergruppe der optischen Elemente konfiguriert ist, um Unterbrechungen in der Schicht aus Licht zu detektieren.
Vorrichtung nach Anspruch 3, bei der eine erste Untergruppe der optischen Elemente konfiguriert ist, um ein Gitter aus Licht zu erzeugen, welches an das Touchscreen angrenzt, und eine zweite Untergruppe der optischen Elemente konfiguriert ist, um Unterbrechungen in dem Gitter aus Licht zu detektieren.
Verfahren, das folgendes umfaßt: Bereitstellen eines Touchscreens; und Bereitstellen eines Wellenleitersubstrats, welches an das Touchscreen angrenzt, wobei das Wellenleitersubstrat eine Mehrzahl von Wellenleitern umfaßt, wobei die Wellenleiter eine innenreflektierende Fläche umfassen, um Licht, welches sich in einer ersten Richtung entlang einer ersten Achse ausbreitet, in eine zweite Richtung entlang einer zweiten Achse zu reflektieren.
Verfahren nach Anspruch 15, bei dem die erste Achse senkrecht zur zweiten Achse ist.
Verfahren nach Anspruch 15, das ferner folgendes umfaßt: Bereitstellen einer Mehrzahl von optischen Elementen auf dem Wellenleitersubstrat, die jeweils mit der Mehrzahl von Wellenleitern gekoppelt sind.
Verfahren nach Anspruch 15, das ferner das Ausbilden der innenreflektierenden Fläche mit einer transparenten Fläche unter einem Winkel von im wesentlichen fünfundvierzig Grad bezüglich der ersten und der zweiten Achse umfaßt.
Verfahren nach Anspruch 17, das ferner das Ausbilden der Mehrzahl von optischen Elementen auf einer ersten Fläche des Wellenleitersubstrats und das Bereitstellen der Mehrzahl von Wellenleitern auf einer oder mehreren zweiten Flächen des Wellenleitersubstrats umfaßt, wobei die erste Fläche und die eine oder mehreren zweiten Flächen jeweils senkrecht zueinander sind.
Verfahren nach Anspruch 19, das ferner das Bereitstellen einer ersten Untergruppe aus der Mehrzahl von optischen Elementen auf der ersten Oberfläche des Wellenleitersubstrats umfaßt, um Licht bereitzustellen, welches an das Touchscreen angrenzt.
Verfahren nach Anspruch 20, das ferner das Bereitstellen einer Lichtquelle umfaßt, um Licht von der ersten Untergruppe von optischen Elementen jeweils bereitzustellen.
Verfahren nach Anspruch 19, das ferner das Bereitstellen einer zweiten Untergruppe aus der Mehrzahl von optischen Elementen auf der ersten Oberfläche des Wellenleitersubstrats umfaßt, um Licht zu empfangen, welches an das Touchscreen angrenzt.
Verfahren nach Anspruch 22, das ferner das Bereitstellen der zweiten Untergruppe aus der Mehrzahl von optischen Elementen umfaßt, um Licht, welches von der zweiten Untergruppe von optischen Elementen empfangen wird, auf eine Licht-Bilderzeugungsvorrichtung zu übertragen.
Verfahren nach Anspruch 15, das ferner das Bereitstellen einer Einfassung auf dem Wellenleitersubstrat umfaßt, die den Umfang des Touchscreen umgibt.
Verfahren nach Anspruch 24, das ferner die Ummantelung einer Mehrzahl von optischen Elementen innerhalb der Einfassung des Wellenleitersubstrats umfaßt.
Verfahren nach Anspruch 15, das ferner das Bereitstellen einer ersten Untergruppe von optischen Elementen umfaßt, um eine Schicht aus Licht zu erzeugen, die an das Touchscreen angrenzt, und eine zweite Untergruppe der optischen Elemente, um Unterbrechungen in der Schicht aus Licht zu detektieren.
Verfahren nach Anspruch 15, das ferner das Bereitstellen einer ersten Gruppe von optischen Elementen umfaßt, um ein Gitter aus Licht zu erzeugen, welches an das Touchscreen angrenzt, und einer zweiten Untergruppe der optischen Elemente, um Unterbrechungen in dem Gitter aus Licht zu detektieren.