KR20100019458A - 다수의 터치를 검출하기 위한 터치스크린 - Google Patents

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KR20100019458A
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조엘 씨. 켄트
제임스 엘. 아로얀
팅 가오
요시까즈 다나까
다니엘 에이치. 샤프
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타이코 일렉트로닉스 코포레이션
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Abstract

터치스크린 시스템(110)은 터치 영역(156)을 포함한다. 적어도 하나의 송신기(152, 154)가 제1 빔을 제1 방향으로 전송하기 위해 터치 영역의 외측 에지들(157)에 근접 배치된다. 적어도 하나의 빔 분할기(162, 164)가 제1 빔들을, 적어도 제2 및 제3 방향으로 각각 터치 영역을 통해 이동하는 적어도 제2 및 제3 빔들로 분할하기 위해 터치 영역의 외측 에지들에 근접 배치된다. 적어도 하나의 빔 분할기는 복수의 편향 요소(169)를 포함한다. 수신기들(158, 160)이 적어도 제2 및 제3 빔들을 수신하기 위해 터치 영역의 외측 에지들에 근접 배치된다.
터치스크린, 터치 영역, 편향 요소, 굴절 빔 분할기, 반사 빔 분할기

Description

다수의 터치를 검출하기 위한 터치스크린{A TOUCHSCREEN FOR DETECTING MULTIPLE TOUCHES}
본 발명은 일반적으로 터치스크린에 관한 것으로서, 구체적으로는 다수의 터치를 검출하는 데 사용되는 터치스크린에 관한 것이다.
다수의 터치를 감지해야 하는 필요 또는 요구를 갖는 애플리케이션들이 더욱 대중화되고 있다. 예를 들어, 스크린 상에 표준 키보드를 표시하는 것 등에 의해 그래픽 인터페이스들을 이용하여 정보를 입력하는 애플리케이션들은 사용자가 대문자 선택을 행하기 위한 시프트 키와 같이 2개의 키를 동시에 선택하는 것에 의존할 수 있다. 또한, 스크린이 더 작아짐에 따라, 다수의 그래픽을 동시에 선택하는 것은 보다 작은 터치스크린 풋프린트 내에서 사용자에게 입력 능력을 제공하기 위해 바람직할 수 있다. 게임 및 다른 다중 사용자 애플리케이션들은 또한, 동일 터치스크린과 동시에 상호작용하는 둘 이상의 사용자로부터의 터치들을 검출해야 하는 필요를 증가시킨다.
대다수의 저항성 및 용량성 터치스크린들과 같은 일부 터치 기술들은 동시적인 다수의 터치가 행해질 때 단일의 잘못된 터치 좌표를 생성할 수 있다. 이와 달리, 표면 음향파(SAW) 터치스크린들 및 적외선(IR) 터치스크린들은 각각 SAW 및 IR 그림자들을 보고, 다수의 동시 터치들 각각에 대해 상이한 그림자를 생성한다. 따라서, SAW 및 IR 터치스크린들은 다중 터치 애플리케이션들에 대해 유망하지만, 현재의 SAW 및 IR 터치 기술들에는 소정의 모호함이 여전히 존재한다. 그림자 기반 터치스크린은 2개의 터치에 대해 2개의 X 좌표 및 2개의 Y 좌표를 수신할 수 있지만, 2개의 X 좌표 중 어느 것이 2개의 Y 좌표 중 어느 것과 쌍을 이루어야 하는지를 자동으로 알지 못할 수 있다. 프로세서는 그때 표시된 그래픽들에 기초하여 또는 리프트-오프 이벤트의 시간과 같은 다른 팩터들을 이용하여 어떤 좌표들이 쌍을 이루어야 하는지를 결정하려고 시도할 수 있지만, 불행하게도 이러한 방법들은 신뢰성 있는 결과들을 항상 생성하지는 못한다.
약간 평행하지 않은 IR 빔들을 이용하는 일부 IR 터치스크린 설계들과 같은 소정의 현재 기술은 서로 멀리 떨어진 다수의 터치를 구별할 수 있지만, 서로 근접하여 발생하는 다수의 터치는 구별하지 못한다. SAW 터치스크린들을 참조하면, X 및 Y 좌표들의 쌍을 이루는 문제는 제3 좌표(U)를 측정함으로써 해결되었다. 그러한 터치스크린은 "XYU 터치스크린"으로서 참조될 수 있다. 좌표 U는 회전된 또는 대각선 좌표로서 참조될 수 있으며, 아래의 식 1에서와 같이 X 및 Y와 선형으로 관련된다.
U = A*X +B*Y + C
X의 측정 값이 Y의 측정 값과 올바르게 쌍을 이루는 경우, X 및 Y의 측정 값들에 기초하는 U의 계산 값은 U의 측정 값에 대응할 것이다. 이와 달리, 측정된 X 및 Y 값들이 올바르지 않게 쌍을 이루는 경우, 계산된 U 값은 U의 어떠한 측정 값에도 대응하지 않을 것이다.
불행하게도, 공지된 XYU 터치스크린 기술은 또한 그의 한계들을 갖는다. 지금까지, XYU 터치스크린 기술은 IR 터치스크린 설계들에 적용되지 못했는데, 이는 좁은 발광 다이오드(LED) 방출 원뿔각 및 좁은 포토트랜지스터 수신 원뿔각이 X/Y 및 U 빔들 양자에 대해 사용되고 있는 공통 광전자 컴포넌트들과 맞기 않기 때문이다. XYU SAW 터치스크린들에 대한 공지된 설계들은 다수의 동시 터치의 검출을 가능하게 하기 위해 사용되는 추가적인 반사기 어레이들로 인해 음향 신호들을 송신하고 수신하기 위해 더 큰 송신기들 및 수신기들을 필요로 할 수 있다. 또한, 추가적인 송신 및 수신 U 어레이들은 SAW 산란이 비효율적일 수 있는 90도보다 훨씬 큰 각도들로의 U 어레이 반사기들에 의한 산란을 필요로 한다. 이것은 약한 신호들 및 기생음들에 기여한다. 또한, SAW 터치스크린들은 터치스크린과 접촉할 수 있는 액체 또는 다른 생성물들로부터 보호하기 위해 밀봉된다. 밀봉은 음향 에너지의 일부를 흡수할 수 있으며, 밀봉을 어레이의 상부에 배치하는 것은 허용 가능하지 않다. 따라서, 밀봉은 터치스크린의 전체 크기를 증가시키거나, 터치 스크린의 이용 가능 터치 면적을 최소화할 수 있는데, 이들 양자는 바람직하지 않다.
따라서, 다수의 터치를 검출하기 위한 개량된 XYU 터치스크린 설계들이 필요하다. 본 발명의 소정 실시예들은 아래에 제공되는 설명 및 도면들로부터 명백해질 이러한 필요들 및 다른 목적들을 충족시키는 것을 의도한다.
<발명의 요약>
일 실시예에서, 터치스크린 시스템은 터치 영역을 포함한다. 적어도 하나의 송신기가 제1 빔을 제1 방향으로 전송하기 위해 터치 영역의 외측 에지들에 근접 배치된다. 적어도 하나의 빔 분할기가 제1 빔들을, 적어도 제2 및 제3 방향으로 각각 터치 영역을 통해 이동하는 적어도 제2 및 제3 빔들로 분할하기 위해 터치 영역의 외측 에지들에 근접 배치된다. 적어도 하나의 빔 분할기는 복수의 편향 요소를 포함한다. 수신기들이 적어도 제2 및 제3 빔들을 수신하기 위해 터치 영역의 외측 에지들에 근접 배치된다.
다른 실시예에서, 터치스크린 시스템은 X 및 Y 치수들을 갖는 터치 영역을 포함하는 기판을 포함한다. 제1 X 어레이 및 제1 Y 어레이는 터치 영역의 외측 에지들에 인접하게 기판 상에 제조된다. 송신 트랜스듀서들이 제1 X 및 Y 어레이들을 통해 빔들을 전송하며, 제1 X 및 Y 어레이들은 빔들을 터치 영역을 향해 편향시킨다. 제1 및 제2 빔 분할기들은 기판 상에 제1 X 및 Y 어레이들 각각과 터치 영역 사이에 제조된다. 제1 및 제2 빔 분할기들은 각각 빔들을, 서로에 대해 상이한 방향으로 터치 영역을 통해 이동하는 적어도 2개의 빔으로 분할한다. 수신 트랜스듀서들이 적어도 2개의 빔을 수신한다.
또 다른 실시예에서, 터치스크린 시스템 상에서 다수의 터치를 검출하기 위한 방법은 제1 빔들을 터치 영역의 외측 에지에 근접하게 전송하는 단계를 포함한다. 제1 빔들은 서로에 대해 터치 영역을 통해 상이한 방향으로 이동하는 적어도 제2 및 제3 빔들을 형성하도록 분할된다. 상이한 방향으로 이동하는 적어도 제2 및 제3 빔들은 수신 빔들을 형성하도록 분할된다. 수신 빔들이 수신되고, 터치 영 역 내의 적어도 하나의 외부 생성 터치의 위치가 수신 빔들에 기초하여 검출된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 디스플레이를 나타내는 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른, 컴퓨터와 상호접속된 터치 디스플레이를 구비한 터치 디스플레이 시스템의 블록도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 IR 터치스크린을 나타내는 도면.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 SAW 터치스크린을 나타내는 도면.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 다른 SAW 터치스크린을 나타내는 도면.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라 형성된 SAW XYUV 터치스크린을 나타내는 도면.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른, 투명 빔 분할기 기판 상에 형성될 수 있는 IR 회절 격자를 나타내는 도면.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른, 도 7의 회절 격자 및 45도 산란을 위한 조건을 나타내는 도면.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른, 편향되지 않은 빔과 편향된 빔 사이에 상이한 강도 비율을 얻기 위해 도 7의 회절 격자의 투명 및 불투명 간격의 비율을 조정하는 일례를 나타내는 도면.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 굴절 빔 분할기의 2차원(2D) 도면.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 굴절 빔 분할기의 등축도.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른, IR 빔 분할기를 형성하는 데 사용될 수 있는 광학 필름의 일례의 평면도.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른, IR 빔의 일부를 차단하도록 도 12의 광학 필름을 배치한 측면도.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 굴절 빔 분할기의 2D 도면.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 굴절 빔 분할기의 등축도.
도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 반사 빔 분할기의 2D 도면.
도 17은 본 발명의 일 실시예에 따른, 도 16의 반사 빔 분할기의 등축도.
도 18은 본 발명의 일 실시예에 따른, 다수의 작은 편향 요소들을 구비하는 반사 빔 분할기의 등축도.
도 19는 본 발명의 일 실시예에 따른, 입사 IR 빔을 둘보다 많은 빔들로 분할하는 굴절 빔 분할기를 나타내는 도면.
도 20은 본 발명의 일 실시예에 따른, 입사 IR 빔에 대해 수직이 아니게 경사지는 입사 및 출사 표면들을 생성하도록 형성되는 편향 요소들을 구비하는 경사진 굴절 빔 분할기를 나타내는 도면.
도 21은 본 발명의 일 실시예에 따른 도 20의 경사진 굴절 빔 분할기를 나타내는 도면.
도 22는 본 발명의 일 실시예에 따른, 고밀도의 작은 굴절 패싯(facet)들을 구비하는 경사진 굴절 빔 분할기의 2D 도면.
도 23은 본 발명의 일 실시예에 따른, 고밀도의 작은 굴절 패싯들을 구비하는 경사진 굴절 빔 분할기의 등축도.
도 24는 본 발명의 일 실시예에 따른, 평행 입사 광 빔을 0도 및 45도 빔들로 분할하는 경사진 반사 빔 분할기의 2D 도면.
도 25는 본 발명의 일 실시예에 따른, 고밀도의 작은 미러 패싯들을 구비하는 경사진 반사 빔 분할기를 나타내는 도면.
도 26은 본 발명의 일 실시예에 따라 형성된 비집광 오목 렌즈를 나타내는 도면.
도 27은 본 발명의 일 실시예에 따른 도 26의 비집광 오목 렌즈를 나타내는 도면.
도 28은 본 발명의 일 실시예에 따른, IR 터치스크린에서 이중 빔 렌즈를 사용하기 위한 일반 개념을 나타내는 도면.
도 29는 본 발명의 일 실시예에 따라 형성된 집광 오목 렌즈를 나타내는 도면.
도 30은 본 발명의 일 실시예에 따라 형성된 비집광 볼록 렌즈를 나타내는 도면.
도 31은 본 발명의 일 실시예에 따른, 입사 IR 빔을 제1 및 제2 빔들로 분할하는 도 30의 비집광 볼록 렌즈를 나타내는 도면.
위의 요약은 물론, 본 발명의 소정 실시예들에 대한 아래의 상세한 설명은 첨부된 도면들과 관련하여 읽을 때 더 잘 이해될 것이다. 도면들이 다양한 실시예의 기능 블록도들을 나타내는 정도까지, 기능 블록들이 하드웨어 회로의 분할을 반드시 지시하는 것은 아니다. 따라서, 예를 들어, 기능 블록들(예를 들어, 프로세서들 또는 메모리들) 중 하나 이상은 단일 하드웨어(예를 들어, 범용 신호 프로세서 또는 랜덤 액세스 메모리, 하드 디스크 등)로 구현될 수 있다. 마찬가지로, 프로그램들은 독립 프로그램들이거나, 운영 체제 내에 서브루틴들로서 포함되거나, 설치된 소프트웨어 패키지 내의 함수들이거나, 기타 등등일 수 있다. 다양한 실시예는 도면들에 도시된 배열들 및 수단으로 한정되지 않는다는 것을 이해해야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따라 형성된 터치 디스플레이(100)를 나타낸다. 터치 디스플레이(100)는 다른 크기들 및 형상들을 가질 수 있다는 것을 이해해야 한다. 터치 디스플레이(100)는 예를 들어 책상 또는 벽 위에 또는 키오스크 내에 설치될 수 있거나, 개인 휴대 단말기(PDA)와 같은 핸드헬드 장치를 형성하기 위해 유사한 구성이 이용될 수 있다.
터치 디스플레이(100)는 터치스크린(102) 및 디스플레이 하우징(104)을 포함한다. 터치스크린(102)은 디스플레이 스크린(도시되지 않음) 상에 설치된다. 디스플레이 하우징(104)은 터치스크린(102) 및 디스플레이 스크린의 외측 에지들을 넘어 확장될 수 있다.
도 2는 컴퓨터(112)와 상호접속된 터치 디스플레이(114)를 구비하는 터치 디스플레이 시스템(110)의 블록도를 나타낸다. 컴퓨터(112)는 게임 및 오락, 패밀리 스타일 홈 컴퓨팅 시스템, 의학 이미지들의 시각화 및 조작, 소매점 및 레스토랑 금전 등록기 등과 같은 하나 이상의 애플리케이션을 실행할 수 있다. 터치 디스플레이(114)에 더하여, 컴퓨터(112)는 키보드 및/또는 마우스와 같은 대안 사용자 입력(116)을 포함할 수 있다. 개별적으로 표시되어 있지만, 터치 디스플레이 시스템(110)의 컴포넌트들은 PDA 또는 다른 휴대용 장치와 같은 단일 유닛 내에 있을 수 있다.
터치 디스플레이(114)는 디스플레이 스크린(118) 상에 데이터를 표시하기 위한 컴포넌트들을 포함한다. 디스플레이 스크린(118)은 액정 디스플레이(LCD), 음극선관(CRT), 플라즈마, 유기 발광 다이오드(OLED) 디스플레이, 사진 이미지 등일 수 있다. 디스플레이 스크린(118) 위에 터치스크린(120)이 설치된다. 터치스크린(120)은 사용자로부터 입력을 수신한다. 예를 들어, SAW 기술에 근거하는 경우, 터치스크린(120)은 손가락 터치, 스타일러스 등을 통해 사용자에 의해 터치되는 기판을 구비한다. IR 기술에 근거하는 경우, 터치스크린(120)은 터치 디스플레이(114) 상에 배치되는 개별 기판을 구비하지 않을 수 있다. 그러나, 예를 들어 디스플레이 스크린(118)의 표면을 보호하기 위한 기판을 제공하는 것이 바람직할 수 있다.
디스플레이 케이블(122)이 터치 디스플레이(114)와 디스플레이 제어기(124)를 접속한다. 디스플레이 제어기(124)는 비디오 케이블(126)을 통해 컴퓨터(112)로부터 비디오 정보를 수신한다. 비디오 정보는 디스플레이 제어기(124)에 의해 수신되고 처리된 후, 디스플레이 스크린(118) 상의 표시를 위해 디스플레이 케이블(122)을 통해 터치 디스플레이(114)로 전송된다. 터치 디스플레이(114) 및 디스플레이 제어기(124)는 디스플레이 케이블(122)이 필요하지 않도록 함께 배선되거나 상호접속될 수 있다는 점에 유의하여야 한다. 디스플레이 제어기(124)는 중앙 처리 유닛(CPU)(128) 및 메모리(130)와 같은 컴포넌트들을 포함한다.
터치스크린 케이블(132)이 터치스크린(120)과 터치스크린 제어기(134)를 상호접속한다. 터치스크린 제어기(134)는 터치 데이터 케이블(136)을 통해 컴퓨터(112)로 정보를 전송하고, 그로부터 정보를 수신한다. 터치 정보는 터치스크린(120)에 의해 수신되고, 터치스크린 케이블(132)을 통해 터치스크린 제어기(134)로 전송된 후, 터치 데이터 케이블(136)을 통해 컴퓨터(112)로 전송된다. 터치스크린 제어기(134)는 CPU(138) 및 메모리(140)와 같은 컴포넌트들을 포함한다.
디스플레이 하우징(도시되지 않음)이 터치 디스플레이(114), 디스플레이 및 터치스크린 케이블들(122, 132), 및 디스플레이 및 터치스크린 제어기들(124, 134)을 둘러쌀 수 있다. 도 1에서 설명된 바와 같이, 디스플레이 하우징은 터치스크린(120)의 외측 에지 부분을 둘러싸고, 터치스크린(120)을 고정하고, 그리고/또는 터치스크린(120)을 디스플레이 스크린(118)에 고정하는 파스너들을 커버할 수 있다. 비디오 및 터치 데이터 케이블들(126, 136)은 개별 케이블이거나, 함께 패키지될 수 있다. 비디오 및 터치 데이터 케이블들(126, 136)은 디스플레이 하우징으로부터 컴퓨터(112)의 위치까지 연장할 수 있다. 옵션으로서, 디스플레이 하우징은 내부에 컴퓨터(112)를 보유하거나 보유하지 않을 수 있는 PDA 또는 다른 소형 핸드헬드 또는 휴대용 장치의 커버일 수 있다. 또한, 터치 데이터 케이블(136) 및 비디오 케이블(126)은 무선 기술에 의해 대체될 수 있다.
터치 검출 모듈(142)이 터치스크린(120) 상의 하나 이상의 터치를 검출한다. 각각의 터치는 대응하는 X 좌표, Y 좌표 및 U 좌표를 생성한다. 다수의 터치가 동시에 검출될 때, 터치 검출 모듈(142)은 적절한 X 및 Y 좌표 쌍들을 형성하기 위해 터치 포인트 식별 모듈(144)에 의해 사용되는 다수의 X, Y 및 U 좌표들을 검출한다. 터치 검출 모듈(142) 및 터치 포인트 식별 모듈(144)이 컴퓨터(112) 내에 위치하는 것으로 도시되지만, 이들 모듈은 터치스크린 제어기(134) 내에 또는 터치 디스플레이 시스템(110) 내의 다른 곳에 동등하게 배치될 수 있다. 따라서, 도 2에 도시된 실시예는 단지 예시적이며, 제한적인 것을 의도하지 않는다는 것을 이해해야 한다.
도 3은 X(수평)측 및 Y(수직)측을 따르는 외측 에지들(157)을 갖는 터치 영역(156)을 구비하는 IR 터치스크린(150)을 나타낸다. LED들 또는 다른 송신기들(152, 154)이 터치 영역(156)의 외측 에지들(157)에 근접 배치된다. 송신기들(152, 154)은 수신기들(158, 160)에 의해 각각 수신되는 IR 파동 에너지를 전송한다. 수신기들(158, 160)은 포토트랜지스터들일 수 있다. 수신기들(158)은 송신기들(152)에 대향하여 터치 영역(156)의 수평측에 근접 배치되며, 수신기들(160)은 송신기들(154)에 대향하여 터치 영역(156)의 수직측에 근접 배치된다. 수신기들(158, 160) 및 송신기들(152, 154)은 집합적으로 광학 장치들로서 참조될 수 있다. 간략화를 위해, 송신기들(152, 154) 및 수신기들(158, 160)의 모두가 아이템 번호들로 지시되지는 않는다. 또한, 도 3에 지시되는 것보다 많은 IR 빔들 또는 IR 빔 경로들을 형성하기 위해 더 많은 송신기들(152, 154) 및 수신기들(158, 160)이 터치스크린(150) 내에 사용될 수 있다. 도 3 및 아래의 도면들에서 IR 빔들은 통상적으로 IR 송신기에서 IR 수신기로의 선택된 광선들에 대응하는 화살표로 개략적으로 표시된다는 것을 이해해야 한다. IR 수신기에서 종료되지 않는 광학 경로들은 터치 검출에 기여하지 않으며, 따라서 도시되거나 설명되지 않는다.
터치 영역(156)은 송신기들(152, 154)과 수신기들(158, 160) 사이 그리고 외측 에지(157) 내의 영역으로서 정의될 수 있으며, 사용자 선택은 (도 2에 도시된 바와 같은) 디스플레이 스크린(118) 상에 표시되는 그래픽에 기초한다. 대안으로, 터치 영역(156)은 디스플레이 스크린(118) 위에 배치되는 개별 기판에 의해 정의될 수 있다.
빔 분할기들(162, 164)은 송신기들(152, 154) 각각과 터치 영역(156) 사이에 배치된다. 빔 분할기들(166, 168)은 수신기들(158, 160) 각각과 터치 영역(156) 사이에 배치된다. 빔 분할기들(162, 164)은 복수의 편향 요소(169)를 이용하여, 입사 빔을 적어도 2개의 상이한 빔 성분으로 분할하며, 아래에 더 상세히 설명된다. 예를 들어, 하나의 빔 성분은 편향되지 않고 입사 방향 또는 오리지널 IR 전송 방향으로 계속 전파될 수 있으며, 다른 빔 성분은 대각선 U 방향으로 편향된다. 즉, 송신기들(152, 154)에 의해 방출되는 IR 빔들은 편향되지 않는 부분(예를 들어, X(수평) 또는 Y(수직) 방향으로 이동함) 및 상당한 각도로 편향되는 부분으로 분할되며, 편향된 빔은 대각선 경로(예를 들어, U 방향) 상에서 전송된다. 빔 분할기들(166, 168)은 편향되지 않은 IR 빔 부분 및 대각선 IR 빔 부분을 수신함으로써 역분할 기능을 형성한다. 대각선 IR 빔은 수신 빔 분할기(166 또는 168) 내의 편향 요소들(169)에 의해 재지향되어, 편향되지 않은 수직 또는 수평 IR 빔과 평행하게 이동한다.
제한이 아니라 예로서, 송신기들(152, 154)은 방출된 IR 빔의 강한 순방향 집광을 표현하기 위해 볼록 집광 렌즈를 갖는 LED 패키지로서 개략 도시된다. 송신기들(152, 154) 각각은 터치 영역(156)의 타측 상의 수신기들(158, 160) 중 하나에 각각 겨냥된다. 일례에서, 송신기들(152)은 빔 분할기(162)와 인터페이스하는 IR 빔들(도시되지 않음)을 방출한다. 빔 분할기(162)는 IR 빔들을 편향되지 않은 빔들(170) 및 편향된 빔들(172)로 분할한다. 편향되지 않은 빔들(170)은 터치 영역(156)을 가로질러 이동하여 빔 분할기(166)로 들어가며, 관련 송신기(152)에 대향 배치된 수신기(158)에 의해 검출된다. 편향된 빔들(172)은 터치 영역(156)을 대각선으로 가로질러 이동하여 빔 분할기들(166, 168) 중 하나로 들어간다. 빔 분할기(166)로 들어가는 경우, 편향된 빔(172)은 빔 분할기(166) 내의 편향 요소들에 의해 편향된 빔이 이제 수신기(158)에 의해 수신되고 있는 편향되지 않은 빔(170)과 평행하게 이동하게 하는 각도로 편향된다. 다른 예에서, 편향된 빔(174)은 빔 분할기(168)의 편향 요소들에 들어가, 이들에 의해 편향된 빔이 이제 송신기(154)에 의해 방출된 편향되지 않은 빔(176)과 평행하게 이동하게 하는 각도로 편향된다.
빔 분할기들(162-168)은 회절, 굴절 및 반사 중 하나 이상을 이용하여 IR 빔을 분할할 수 있다. 빔 분할기 기능은 아래에 더 설명되는 바와 같이 송신기들(152, 154) 및 수신기들(158, 160)의 각각에 장착된 렌즈에 의해 달성될 수도 있다. IR 터치스크린(150) 내에 U 빔들을 제공하기 위하여 빔 분할기들(162-168)을 사용하는 것은 U 빔들을 생성하고 검출하기 위해 추가적인 송신기들 및 수신기들(도시되지 않음)을 제공해야 하는 필요성, 비용 및 설계 복잡성을 제거한다. 그러나, 빔 분할기들(162-168) 중 하나, 둘 또는 셋을 제거하는 것은 설계 옵션이다. 빔 분할기들이 설계로부터 제거되는 측부들에 전용 U 빔 광전자 요소들이 추가될 수 있다.
도 4는 도 3의 IR 터치스크린(150)과 유사한 SAW 터치스크린(450)을 나타낸다. 기판(452)은 표면 음향 파들 또는 빔들의 전파를 지원하며, 유리, 금속, 낮은 음향 손실의 폴리머 시스템 또는 다른 재료일 수 있다. SAW는 레일리(Rayleigh) 파들, 의사 레일리 파들, 램(Lamb) 또는 전단 파들 또는 기판(452)의 표면 상의 터치에 민감한 다른 타입의 음향 파들 중 어느 하나 또는 조합을 지시하는 데 사용될 수 있다. 송신기들(454, 456)은 기판(452)에서 표면 음향파들을 여기시키며, 웨지(wedge) 트랜스듀서, 격자 트랜스듀서, 인터디지털 트랜스듀서 또는 임의의 다른 타입의 트랜스듀서일 수 있다. 여기서, 여기되는 표면 음향파는 전송되는 빔 또는 전송되는 SAW 빔으로도 참조된다. 빔 분할기들(458, 460, 462, 464)은 편향 요소들(465)을 이용하여 입사 SAW 빔의 일부를 U 방향으로 편향시키는 반면, 다른 부분은 편향시키지 않는다. 빔 분할기들(458, 460, 462, 464)은 예를 들어 유리 원료 또는 합성 폴리머 재료 잉크들을 스크린 인쇄함으로써, 또는 대안으로 그루브들을 에칭함으로써 기판(452) 상에 제조될 수 있다. 편향된 빔 및 편향되지 않은 빔은 외측 에지들(484)에 의해 일반적으로 정의될 수 있는 터치 영역(482)을 통해 이동한다. 수신기들(466, 468)은 SAW 음향 경로들을 완성하며, 제어기 전자 장치에 의해 처리되는 아날로그 신호들을 생성한다. 수신기들(466, 468)은 전술한 트랜스듀서들의 타입들 중 어느 하나일 수 있다.
일례에서, 터치 영역(482) 내에서 동시에 발생하는 제1 및 제2 터치들(470, 472)이 설명된다. 더 많은 SAW 경로들이 생성되지만, 제1 및 제2 터치들(470, 472)에 의해 감쇠되는 SAW 경로들만이 도 4에 도시된다. 실제의 제1 및 제2 터치 위치들(470, 472)만이 SAW 경로들(478, 480)로서 각각 지시되는 그늘진 U 경로들에 대응한다. U 경로 데이터가 없을 경우, 제1 및 제2 터치들(470, 472), 따라서 터치 위치들이 부정확하게 식별될 수 있으므로, 부정확한 터치 위치들(474, 476)은 X 및 Y 방향의 동일 그림자들에 대응한다.
도 5는 도 4의 SAW 터치스크린(450)보다 적은 트랜스듀서들을 필요로 하는 SAW 터치스크린(180)을 나타낸다. SAW 터치스크린(180)은 기판(182)의 중앙 부분에 위치하는 터치 영역(183)을 구비한다. X 및 Y 송신 트랜스듀서들(184, 186) 및 Y 및 X 수신 트랜스듀서들(188, 190)이 기판(182) 상에 실장된다. 제1 및 제2 X 어레이들(192, 194) 및 제1 및 제2 Y 어레이들(196, 198)이 기판(182) 상에 터치 영역(183)의 외측 에지들(181)에 근접하게 실장 및/또는 형성된다. X 어레이(192) 및 Y 어레이(196)는 전송된 빔들 또는 파들을 터치 영역(183)을 향해 90도 등으로 편향시킨다. X 어레이(194) 및 Y 어레이(198)는 터치 영역(183)으로부터의 빔들을 90도 등으로 편향시킨다. X 송신 트랜스듀서(184) 및 제1 X 어레이(192)는 함께 제1 송신기(185)로서 간주될 수 있으며, Y 송신 트랜스듀서(186) 및 제1 Y 어레이(196)는 함께 제2 송신기(187)로서 간주될 수 있다. X 수신 트랜스듀서(190) 및 제2 X 어레이(194)는 함께 제1 수신기(189)로서 간주될 수 있으며, Y 수신 트랜스듀서(188) 및 제2 Y 어레이(198)는 함께 제2 수신기(191)로서 간주될 수 있다. 제1, 제2, 제3 및 제4 빔 분할기들(200, 202, 204, 206)이 기판(182) 상에 제1 및 제2 X 어레이들(192, 194) 및 제1 및 제2 Y 어레이들(196, 198) 각각과 터치스크린(180)의 터치 영역(183) 사이에 형성(에칭 또는 증착)된다. 제1, 제2, 제3 및 제4 빔 분할기들의 각각은 복수의 편향 요소들(199)을 구비한다.
예를 들어, 송신 트랜스듀서(184)는 제1 X 어레이(192)를 따라 SAW 빔(208)을 전송한다. 제1 X 어레이(192)는 편향된 빔(210)으로 도시된 바와 같이 SAW 빔(208)의 부분들을 90도의 각도로 편향시킨다. 편향된 빔(210)은 제1 빔 분할기(200)로 들어가서, 편향 요소들(199)에 의해 편향되지 않은 빔(212) 및 U 편향된 빔(214)과 같은 적어도 2개의 상이한 빔으로 분할된다. (대안으로, 제1 X 어레이(192)는 SAW 빔들(208)을 143도로 편향시켜, 편향된 빔(210)이 도시된 U 편향된 빔(214)과 평행하게 제1 빔 분할기(200)로 들어가게 할 수 있다. 이 예에서, 제1 빔 분할기(200)는 U 편향된 빔(214)으로서의 편향된 빔(210)의 부분을 편향 없이 편향되지 않은 빔으로서 전달하는 반면, 편향되지 않은 빔(212)을 편향시킬 것이다.) 터치스크린(180)의 터치 영역(183) 내의 터치 이벤트들을 감지하기 위한 많은 수의 편향되지 않은 빔들(212) 및 U 편향된 빔들(214)로 이어지는 많은 수의 편향된 빔들(210)이 제1 X 어레이(192)의 길이를 따라 형성된다는 것을 이해해야 한다.
편향되지 않은 빔(212)은 편향된 빔(210)과 동일한 경로 및 방향을 따라 계속되며, U 편향된 빔(214)은 편향되지 않은 빔(212)에 대해 약 53도의 각도(178) 등으로 U 또는 대각선 방향을 따라 전송된다. 이 예에서, 약 53도의 편향 각도는 3:4 종횡비 터치/디스플레이 시스템에 대해 터치스크린 폭을 높이로 나눈 값의 역 탄젠트에 기초한다. 예를 들어, 제1 빔 분할기(200)의 편향 요소들(199)은, 수직에 대해 26.5도 회전되고, SAW 파장을 53도의 사인 값으로 나눈 값의 중심 대 중심 간격으로 제1 빔 분할기(200)의 축을 따라 이격된 평행한 반사기 세그먼트들일 수 있다.
마찬가지로, Y 송신 트랜스듀서(186)는 SAW 빔(220)을 전송하는데, 이 빔의 부분들은 제1 Y 어레이(196)에 의해 편향된 빔(222)으로서 90도 편향된다. 편향된 빔(222)은 제2 빔 분할기(202)로 들어가서, 편향되지 않은 빔(224) 및 편향된 U 빔(226)으로 분할된다. 편향되지 않은 빔(224)은 편향된 빔(222)의 오리지널 경로 상에서 계속되는 반면, 편향된 U 빔(226)은 편향되지 않은 빔(224) 또는 파에 대해 약 37도 등과 같은 각도(179)로 편향된다. 이 예에서, 약 37도의 편향 각도(179)는 3:4 종횡비의 터치/디스플레이 시스템에 대해 터치스크린 높이를 폭으로 나눈 값의 역 탄젠트에 기초한다. 예를 들어, 제2 빔 분할기(202)의 편향 요소들(199)은, 수평에 대해 18.5도 회전되고, SAW 파장을 37도의 사인 값으로 나눈 값만큼 이격된 10 마이크로미터 두께의 스크린 인쇄된 유리 원료 반사기 라인들로 형성될 수 있다.
편향되지 않은 빔(212)은 터치 영역(183)을 가로질러 이동하여, 제1 빔 분할기(204)를 통과한다. 제2 X 어레이(194)는 편향되지 않은 빔(212)을 90도 편향시켜, X 수신 트랜스듀서(190)에 의해 수신되는 반환 빔(216)을 형성한다. U 편향된 빔(214)은 터치스크린(180)의 터치 영역(183)을 대각선으로 가로질러 전송되며, 제4 빔 분할기(206)를 만난다. 이 예에서, 제4 빔 분할기(206)는 입사 빔을 분할하지만, 편향된 부분만이 사용된다. 제4 빔 분할기(206)는, 분할되어 서로 상이한 각도로 제4 빔 분할기(206)로 들어가는 다수의 빔을 수신한다. 제4 빔 분할기(206)는 전술한 바와 같이 U 편향된 빔(214)을 약 37도로 편향시킨다. 편향된 U 빔은 제2 Y 어레이(198)로 들어가서, 반환 빔(218)으로서 Y 수신 트랜스듀서(188)를 향해 90도 편향된다.
제1, 제2, 제3 및 제4 빔 분할기들(200, 202, 204, 206)은 원하는 빔 분할 기능을 제공하는 임의의 구조를 가질 수 있다. 일 실시예에서, 빔 분할기들(200, 202, 204, 206)은 동일 재료들 및 프로세스들을 이용하여 반사 어레이들(192, 194, 196, 198)과 동시에 제조될 수 있다. 대안으로, 빔 분할기들(200, 202, 204, 206)의 편향 요소들(199)은 증착된 재료 또는 에칭된 유리의 반사 라인 세그먼트들(201)을 포함할 수 있다. 편향 요소들(199)의 방향은 편향되지 않은 빔 및 편향된 빔에 대해 동일 각도를 갖도록, 즉 "입사각과 반사각이 동일하다"는 기본 반사 법칙을 충족시키도록 선택된다. 편향 요소들(199)의 간격은 이웃하는 편향 요소들(199)로부터의 편향된 빔들의 가간섭성 추가를 보장하기 위해 브래그(Bragg)의 법칙을 이용하여 최적으로 선택될 수 있다. 간격 및 방향이 그렇게 조정되는 경우, 반사 및 회절 효과들 양자가 이용된다.
설명된 바와 같이, 이전의 XYU 어레이 설계들은 송신 트랜스듀서들에 의해 직접 조명되는 터치스크린의 각각의 송신측을 따르는 개별 송신 U 어레이들 및 수신 트랜스듀서들을 직접 조명하는 수신 U 어레이들을 구비하였다. 이전 설계들에서는, 송신 및 수신 U 어레이들의 상부에 봉입물(seal)을 배치하는 것은 허용 가능하지 않았다. 이와 달리, 빔 분할기들(200, 202, 204, 206)의 각각을 통하는 음향 경로는 짧다. 예를 들어, 빔 분할기들(200, 202, 204, 206)의 각각은 상측 및 하측을 갖는 것으로 간주될 수 있다. 하측은 기판(182)과 인터페이스하고, 봉입물(207)은 상측을 따라 배치될 수 있다. 간략화를 위해, 봉입물(207)은 제3 및 제4 빔 분할기들(204, 206)의 부분들 상에 도시된다. 그러나, 봉입물(207)은 제1 내지 제4 빔 분할기들(200, 202, 204, 206)의 전체 길이를 따라 연장하여, 수분 및 먼지 장벽을 형성한다는 것을 이해해야 한다. 예를 들어, 봉입물(207)은 1 mm의 폭을 가질 수 있고, 관련 빔 분할기의 축과 평행하게 연장하는 길이를 가질 수 있다. 따라서, 빔은 봉입물(207)로부터 단지 1 mm의 거리에 대해 음향 감쇠를 겪는다.
도 6은 X, Y 및 U 빔들은 물론, 본 명세서에서 "V" 빔들로 지시되는 대각선 빔들의 다른 세트를 이용하는 SAW 터치스크린(490)을 나타낸다. 따라서, 터치스크린(490)은 XYUV 터치스크린으로도 참조될 수 있다. 터치 포인트(576)에 의해 감쇠되는 X, Y, U 및 V 음향 경로들이 주로 도 6에 도시되지만, 더 많은 X, Y, U 및 V 음향 경로들이 이용된다는 것을 이해해야 한다.
트랜스듀서들은 송신 및 수신에 사용되며, 도 5의 송신 및 수신 트랜스듀서들과 유사하게 배치될 수 있다. 그러나, 도 6의 터치스크린(490)에서는, 트랜스듀서들 중 2개가 송신 및 수신 기능들 양자를 달성한다. SAW 터치스크린(490)은 송신 트랜스듀서(494), 수신 트랜스듀서(498) 및 송신/수신 트랜스듀서들(492, 496)이 실장되는 기판(500)을 구비한다. X 어레이들(502, 504) 및 Y 어레이들(506, 508)이 기판(500) 상에 제조되고, 송신 및 수신된 SAW 빔들을 90도 편향시킨다. 도 5와 관련하여 전술한 바와 같이, 송신 트랜스듀서(494) 및 수신 트랜스듀서(498)는 각각의 Y 어레이(508) 및 Y 어레이(506)와 함께 송신기 및 수신기로서 각각 참조될 수 있다. 송신/수신 트랜스듀서들(492, 496)은 각각의 X 어레이(502) 및 X 어레이(504)와 함께 송신기/수신기로서 참조될 수 있다. 빔 분할기들(510-516)이 기판(500) 상에 X 및 Y 어레이들(502, 504, 506, 508) 중 하나와 터치 영역(518)의 외측 에지들 사이에 제조된다. 도시된 바와 같은 빔 분할기들(510-516)은 편향된 U 및 V 빔들 양자를 생성하기 위해 2개의 방향을 갖는, 편향 요소들(517)로서 지시되는 반사 라인 요소들의 중첩을 포함한다. 대안으로, 빔 분할기들(510-516)은 U 및 V 경로들의 양자를 지원하기 위해 개별 어레이들로 형성될 수 있지만, 이러한 실시예는 중첩 구성에 비해 추가적인 기판(500) 상의 공간을 필요로 할 수 있다.
송신/수신 트랜스듀서(492)는 X 어레이(502)를 따라 SAW 빔(550)을 전송한다. X 어레이(502)는 (X 어레이(502)를 따라 두 위치에 도시된) 편향된 빔(552)으로서 도시된 SAW 빔(550)의 부분들을 90도 각도로 편향시킨다. 편향된 빔(552)은 빔 분할기(510)로 들어가서, 편향되지 않은 빔(554), U 편향된 빔(556) 및 V 편향된 빔(558)과 같은 적어도 3개의 빔으로 분할된다. 편향되지 않은 빔(554)은 편향된 빔(552)과 동일한 경로 및 방향을 따라 계속되고, U 편향된 빔(556)은 편향되지 않은 빔(554)에 대해 약 53도의 각도 등으로 U 또는 대각선 방향을 따라 전송되며, V 편향된 빔(558)은 편향되지 않음 빔(554)에 대해 약 -53도의 각도를 갖는 V 또는 대각선 방향을 따라 전송된다. 전술한 바와 같이, 다수의 편향되지 않은 빔(554), U 편향된 빔(556) 및 V 편향된 빔(558)으로 이어지는 다수의 편향된 빔(552)이 X 어레이(502)의 길이를 따라 형성된다. 이 예에서, V 편향된 빔들(558)은 터치 영역(518) 내의 터치를 검출하는 데 사용되지 않는다.
Y 송신 트랜스듀서(494)는 SAW 빔(560)을 송신하는데, 이 빔의 부분들은 편향된 빔(562)으로서 Y 어레이(508)에 의해 90도 편향된다. 편향된 빔(562)은 빔 분할기(516)로 들어가서, 적어도 편향되지 않은 빔(564), U 편향된 빔(566) 및 V 편향된 빔(568)으로 분할되며, 편향되지 않은 빔(564)은 편향된 빔(562)의 오리지널 경로 상에서 계속되고, U 편향된 빔(566)은 편향되지 않은 빔(564)에 대해 약 37도와 같은 각도로 편향된다. 이 예에서, 약 37의 편향 각도는 3:4 종횡비의 터치/디스플레이 시스템에 대해 터치스크린 높이를 폭으로 나눈 값의 역 탄젠트에 기초한다. V 편향된 빔(568)은 편향되지 않은 빔(564)에 대해 약 -37도로 편향된다.
또한, 송신/수신 트랜스듀서(496)는 SAW 빔(570)을 전송하는데, 이 빔의 부분들은 편향된 빔(572)으로서 X 어레이(504)에 의해 90도 편향된다. 편향된 빔(572)은 빔 분할기(512)로 들어가서, 전술한 바와 같이 적어도 3개의 빔으로 분할된다. 그러나, V 편향된 빔(574)만이 중요하다.
수신 동작은 터치 영역(518) 내에 위치하는 사용자 터치 포인트(576)와 관련하여 설명될 것이다. 편향되지 않은 빔(554)은 터치 영역(518)을 가로질러 이동하여, 빔 분할기(512)를 통과한다. X 어레이(504)는 편향되지 않은 빔(554)을 90도 편향시켜, 송신/수신 트랜스듀서(496)에 의해 수신되는 반환 빔(575)을 형성한다. U 편향된 빔(556) 및 V 편향된 빔(574)은 터치스크린(490)의 터치 영역(518)을 대각선으로 가로질러 전송되어 빔 분할기(514)를 만난다. 빔 분할기(514)는, 분할되어 서로 상이한 각도로 빔 분할기(514)로 들어가는 다수의 빔을 수신한다. 빔 분할기(514)는 전술한 바와 같이 U 편향된 빔(556)을 약 37도 편향시키며, V 편향된 빔(574)을 약 -37도 편향시킨다. U 및 V 편향된 빔들은 Y 어레이(506)에 들어가서, 수신 트랜스듀서(498)를 향해 90도 편향된다.
송신/수신 트랜스듀서(492)는 신호들을 수신하지만, 위의 예에서 터치 포인트(576)와 연관된 어떠한 신호도 수신하지 않으므로 설명되지 않는다. 송신 트랜스듀서(494)는 송신 트랜스듀서(494)를 향해 편향되는 어떠한 신호도 찾거나 처리하지 않는다. 따라서, 송신/수신 트랜스듀서(496)에 의해 전송되는 U 빔(도시되지 않음)은 무시되고, 송신/수신 트랜스듀서(492)에 의해 전송되는 V 편향된 빔(558)은 무시된다.
XYUV 터치스크린(490)은, U 및 V 빔들이 전송되고 검출되는 반면, X 및 Y 빔들 중 적어도 하나가 무시될 수 있도록 개조될 수 있다. 이 경우에, 단일 터치 포인트(576)는 U 및 V 빔들만을 이용하여 검출될 수 있다. 다수의 터치를 명확히 검출하기 위하여, X, Y, U 및 V 빔들 중 3개가 사용될 것이다. 송신/수신 트랜스듀서(492)는 U1을 전송하고 V2를 수신할 것이고, 송신 트랜스듀서(494)는 U2 및 V2를 전송할 것이고, 송신/수신 트랜스듀서(496)는 U2를 수신하고 V1을 전송할 것이며, 수신 트랜스듀서(498)는 U1 및 V1을 수신할 것이다.
이제, SAW 빔 분할기들로부터 IR 빔 분할기들로 전환하면, 광학 회절 격자들의 원리들은 도 3의 IR 터치스크린(150) 등에서 사용하기 위한 IR 빔 분할기를 구성하는 데 이용될 수 있다. 예를 들어, 도 7은 격자 주기(530)를 갖는 줄무늬들 또는 편향 요소들(524)의 패턴이 일측에 도포되는 투명한 플라스틱 또는 유리와 같은 투명한 빔 분할기 기판(520) 상에 형성될 수 있는 IR 회절 격자를 나타낸다. 광은 도 7의 페이지 등의 안으로 회절 격자(522)에 수직으로 입사되고, 투과시에 광은 회절 격자(522)에 의해 회절된다. 도 7의 페이지 등의 뒤와 같은 회절 격자(522)의 출력 측 상에서 다수의 빔들 또는 회절된 차수(order)들이 출사되는데, 0차 빔(m=0)은 직진하고, 1차 빔(m=1)은 각도 θ1로 회절되고, 기타 등등이다. 회절된 빔들의 각도들은 다음 식 2로 요약될 수 있다.
mλ = d sinθm
여기서, λ는 입사 광의 파장이고, d는 격자 주기이다. 예를 들어, 도 7에 도시된 바와 같이, 950 nm의 파장에 대해 45도의 광 분할을 얻기 위해, 격자 주기(530)는 1.343 마이크로미터이다.
도 8은 회절 격자(522) 및 45도 산란을 위한 조건을 나타낸다. 이 예에서, 회절 격자(522)는 d = (√2)·λ, 즉 격자 주기(530) 또는 간격이 입사 빔(532)의 파장의 루트 2배가 되도록 구성된다. 입사 빔(532)은 회절 격자(522)의 입력 측(534)으로 들어간다. 이 경우, X 및 Y 빔들은 편향되지 않은 빔(536)(또는 0차 빔)으로서 표현되고, U 및/또는 V 빔들은 각각 편향된 빔들(538, 540)(또는 제1 회절 피크들) 중 하나로서 표현된다. XYUV 센서에서는, 편향되지 않은 빔(536) 및 편향된 빔들(538, 540) 모두가 사용될 수 있다.
도 9는 회절 격자(522)의 투명 및 불투명 간격의 비율을 조정하는 일례를 나타낸다. 회절 격자(522)의 편향 요소들(524)(도 7에도 도시됨)은 투명 영역들(542)이 사이에 존재하는 불투명 영역들(544)을 지시한다. 투명 및 불투명 영역들(542, 544)을 조정함으로써, 편향되지 않은 그리고 편향된 빔들(536, 538, 540) 사이의 상이한 강도 비율들이 얻어질 것이다. 그러한 마이크로미터 해상도 패터닝을 피하는 것이 바람직한 경우, 아래의 굴절 및 반사 기반 IR 빔 분할기 설계들이 더 매력적일 수 있다.
굴절 및 반사 기반 IR 빔 분할기들은 소정의 IR 파장에서 적절한 레벨의 IR 투과 및 굴절률을 갖는 재료로 형성될 수 있다. 단지 예로서, 재료는 굴절률 N = 1.55 또는 엔지니어링 플라스틱에 대응하는 다른 N 값을 가질 수 있다. 또한, 프리즘, 패싯(facet) 또는 노치(notch)와 같은 편향 요소들이 실제 빔 분할 기능들을 제공하기 위해 빔 분할기 내에 형성된다. 각각의 편향 요소는 다수의 표면을 가질 수 있으며, 각각의 표면은 코팅되지 않거나, 코팅되거나, 미러화되거나, 원하는 굴절 및/또는 반사 기능을 제공하도록 개조될 수 있다. 또한, 다수의 표면이 원하지 않는 반사를 최소화하고, 그리고/또는 출력 빔들의 원하는 전송 각도를 달성하도록 서로에 대해 배치될 수 있다.
도 10 및 11은 굴절 빔 분할기(230)의 2D 도면 및 등축도를 각각 나타낸다. LED들 또는 송신기들(232, 234)은 굴절 빔 분할기(230)를 향해 IR 빔들(236, 238)을 각각 전송한다. 송신기들(232, 234)은 원형 소스들로서 개략 도시되며, IR 빔들(236, 238)은 서로 평행하게 전송된다. 굴절 빔 분할기(230)는 IR 빔들(236, 238)의 각각을 2개의 부분으로 분할하는데, 하나의 부분은 전송 IR 빔의 전송 방향에 대해 0도로 지향되고, 다른 하나의 부분은 전송 IR 빔의 전송 방향에 대해 45도로 지향(굴절)된다. 예를 들어, IR 빔(236)은 0도로 지향되는 제1 부분(244)과 45도로 지향되는 제2 부분(246)으로 분할된다. 제1 및 제2 부분들(244, 246)의 양자는 터치 영역(241) 내로 전송된다. 제1 및 제2 부분들(244, 246)이 도 10의 라인(231) 및 도 11의 평면(233)에서 교차하거나 종료되는 것으로 도시되지만, 터치스크린에서 제1 및 제2 부분들(244, 246)은 터치 영역(241) 내에서 전파하여 터치스크린의 다른 에지들 상의 수신기들(도시되지 않음)까지 계속된다는 것을 이해해야 한다.
굴절 빔 분할기(230)는 앞벽(243)을 따르는 복수 또는 어레이의 노치들, 프리즘들 또는 편향 요소들(240, 242)을 구비하는 폴리머 재료의 시트(sheet)로 형성될 수 있다. 이 예에서, 편향 요소들(240, 242)의 내면들은 코팅되지 않는다. 각각의 IR 송신기(232, 234)는 대응하는 편향 요소(240, 242)에 대해 정렬될 수 있다. 예를 들어, 편향 요소(240)는 IR 빔(236)을 수신한다. 경사진 패싯(247)과 인터페이스하는 IR 빔(236)의 일부는 첫 번째로 굴절된다. 이어서, 굴절된 빔은 굴절 빔 분할기(230)의 뒷벽(249)과 90도가 아닌 각도로 인터페이스한다. 굴절된 빔은 두 번째로 굴절되어, 제2 부분(246)이 생성된다. (제2 부분(246)이 뒷벽(249)으로부터 출사된 후) 출사 굴절각은 제1 부분(244)에 대해 45도이며, 이는 IR 빔(236)의 전송 방향과 평행하다.
예를 들어, IR 송신기들(232, 234)은 (도 3에 도시된 바와 같은) 터치스크린(150)의 원하는 해상도 레벨에 기초하여 서로 정확한 거리 D1만큼 이격되도록 배치될 수 있다. 편향 요소들(240, 242)은 서로 정확한 거리 D2만큼 이격되도록 배치된다. 거리들 D1 및 D2는 터치스크린(150)의 각 측부를 따라 송신기들과 편향 요소들의 균일한 정렬을 제공하도록 서로 대응할 수 있다.
IR 송신기들 및 편향 요소들의 서로에 대한 위치를 조절하여, 제1 및 제2 부분들의 서로에 대한 상대적 강도 또는 퍼센트를 조정할 수 있다. 도시된 바와 같이, 송신기(232)는 IR 빔(236)의 약 절반이 45도로 굴절되도록 편향 요소들(240)에 대해 정렬된다. 정렬을 조정함으로써, IR 빔(236)의 더 많거나 적은 퍼센트가 굴절될 수 있다.
또한, 제1 및 제2 부분들(244, 246)의 상대적 강도 또는 퍼센트는 편향 요소의 개구(248)(도 11)의 크기를 증가 또는 감소시킴으로써 조정될 수 있다. 옵션으로서, 편향 요소들(240, 242)은 상이한 크기의 개구들(248)을 가짐으로써 IR 빔(236, 238)의 상이한 퍼센트가 굴절되게 할 수 있다. 옵션으로서, 편향 요소들 간의 거리(거리 D2 등)는 퍼센트를 변경하도록 변할 수 있다. 옵션으로서, 각각의 IR 송신기는 대응하는 편향 요소를 갖지 않음으로써 대응하는 IR 빔이 굴절 부분을 생성하지 않고 굴절 빔 분할기(230)를 통과하게 할 수 있다.
송신기들(232, 234) 및 굴절 빔 분할기(230)는 송신 및 빔 분할 기능을 도시한다. 송신 기능의 역으로 표현될 수 있는 수신 및 빔 결합 기능은 도시되지 않는다. 즉, 송신기들(232, 234)은 대신에 수신기들일 수 있다. 굴절 빔 분할기(230)는 적어도 2개의 빔, 이 예에서는 0도의 하나의 IR 빔 및 45도의 하나의 IR 빔을 수신한다. 빔을 분할하는 대신에, 굴절 빔 분할기(230)는 45도 빔을 0도 빔과 평행하도록 굴절시켜, 2개의 빔을 단일 빔으로 결합한다.
도 10 및 11에서와 같은 IR 빔 분할기들은 사출 성형을 포함하는 다양한 기술은 물론, LCD 구조 내에서 사용되는 휘도 강화 필름들의 제조를 위해 개발된 공지의 광학 필름 제조 기술들을 이용하여 제조될 수 있다. 예를 들어, 올리고머 수지 조성물이 플라스틱 필름 상에서 경화되고, 마스터 네가티브 성형에 의해 정형될 수 있다. 또한, 일부 예들에서는, LCD 어셈블리들에서 사용을 위해 개발된 광학 필름들이 바람직한 빔 분할 특성들을 가질 수 있으며, IR XYU 터치스크린들의 설계에 사용될 수 있다.
도 12는 IR 송신기(602)에 근접 배치된 전술한 편향 요소 구조를 갖는 광학 필름(600)의 평면도를 나타낸다. IR 빔(606)이 필름(600)으로 들어가서 제1 각도로 첫 번째 편향되고, 이어서 필름(600)으로부터 출사될 때 제2 각도로 두 번째 편향된다. 전체 편향이 수직 입사에 대해 45도보다 작은 경우, 필름(600)은 IR 빔(606)에 대해 45도의 편향을 갖는 편향된 빔(604)을 생성하기 위해 도시된 바와 같이 회전될 수 있다. 그러나, 이 예에서, 필름(600)과 같은 상업적으로 이용 가능한 광학 필름들은 통상적으로 모든 입사 광을 편향시킨다.
도 13은 필름(600)이 IR 빔(606)의 일부를 차단하도록 배치되는 일 실시예를 나타낸다. 필름(600)은 IR 빔(606)의 대략 절반을 차단하도록 화살표(608)의 방향을 따라 IR 송신기(602)에 대해 배치될 수 있다. 이 예에서는, IR 빔(606)의 일부 또는 약 절반이 편향되지 않은 X 또는 Y 빔(610)으로서 전송되고, IR 빔(606)의 나머지 절반은 편향된 빔(604)으로서 전송될 것이다. 편향된 빔(604)의 방향은 필름(600)의 특성들에 의해 결정되며, 대신에 -45도로 편향될 수 있다.
도 14 및 15는 각각 굴절 빔 분할기(250)의 2D 도면 및 등축도를 나타낸다. IR 송신기들(232, 234)은 각각의 IR 빔들(236, 238)과 함께 도시된다. 도 10의 굴절 빔 분할기(230)에서와 같이, 굴절 빔 분할기(250)는 또한 IR 빔들(236, 238)을 0도로 지향되는 제1 부분(244) 및 45도로 지향되는 제2 부분(246)으로 분할한다.
이 예에서, 도 10의 편향 요소들(240, 242)의 비율들은, 크기들 및 간격은 변할 수 있지만, 굴절 빔 분할기(250)의 복수 또는 어레이의 편향 요소들(252)에서 유지될 수 있다. 굴절 빔 분할기(250)는, 더 작고 서로에 대해 더 미세하게 이격된 다수의 편향 요소(252)를 구비한다. 즉, 도 10의 굴절 빔 분할기(230)는 도 14의 굴절 빔 분할기(250)를 형성하기 위해 더 높은 밀도의 작은 굴절 패싯들을 갖도록 개조될 수 있다.
편향 요소들(252)이 가까이 이격될 때, IR 송신기들(232, 234)은 편향 요소들(252)과 정렬될 필요가 없다. 또한, 굴절 빔 분할기(250)는 치수 D3(도 15)을 따라 임의로 얇게 제조되거나, 더 크고 그리고/또는 더 깊은 편향 요소들(240, 242)을 갖는 굴절 빔 분할기(230)보다 얇게 제조될 수 있다.
제1 및 제2 부분들(244, 246)의 상대적 강도는 경사진 패싯 개구(254) 대 패싯 간격(256)의 비율을 증가 또는 감소시킴으로써 조정될 수 있다. 변경될 수 있는 요소들은 경사진 패싯(258)의 경사진 패싯 개구(254), 경사진 패싯 개구(254) 대 패싯 간격(256)의 비율, 편향 요소들(252)의 수, 굴절 빔 분할기(250)의 높이, 길이, 폭 및 굴절률, 및 굴절된 빔(제2 부분(246))의 최종 방향이다.
도 16 및 17은 반사(및 굴절) 빔 분할기(260)의 2D 도면 및 등축도를 각각 나타낸다. 도 10의 굴절 빔 분할기(230)에 비해, 반사 빔 분할기(260)는 코팅되지 않은 경사진 패싯들(247) 대신에 미러화된 경사진 패싯들(262)을 구비한다. 또한, 편향 요소들(268)의 어레이가 앞벽(264)이 아니라 뒷벽(266)에 형성된다.
IR 빔(236)은 앞벽(264)을 통해 반사 빔 분할기(260)로 들어간다. 미러화된 경사진 패싯들(262)과 인터페이스하는 IR 빔(236)의 부분들은 반사된다. 이어서, 반사된 빔이 90도가 아닌 각도로 뒷벽(266)과 만날 때, 반사된 빔은 굴절된다. 반사되고 굴절된 빔은 IR 빔(236)에 대해 45도로 전송되는 제2 부분(246)이다. 90도로 뒷벽(266)과 인터페이스하는 IR 빔(236)의 부분들은 편향되지 않고 반사 빔 분할기(260)를 통과하여, IR 빔(236)에 대해 0도인 제1 부분(244)을 형성한다.
0도 및 45도 빔들(제1 및 제2 부분들(244, 246))의 상대적 강도는 미러화된 패싯 개구(263)를 증가 또는 감소시킴으로써 그리고/또는 미러화된 경사진 패싯들(262)에 대한 송신기들(232, 234)의 상대적 위치 또는 정렬을 조정함으로써 조정될 수 있다. 즉, 송신기들(232, 234)은 도 10과 관련하여 전술한 바와 같이 IR 빔(236)을 0도 및 45도 빔들의 원하는 퍼센트로 분할하기 위하여 반사 빔 분할 기(260)의 미러화된 경사진 패싯들(262)과 주의 깊게 정렬된다. 미러화된 경사진 패싯(262)의 높이(또는 미러화된 패싯 개구(263)), 미러화된 경사진 패싯(262) 바로 위의 투명한 또는 미러화되지 않은 패싯(267)의 높이(265), 편향 요소들(268)의 수 및 간격, 반사 빔 분할기(260)의 높이, 길이 및 폭, 굴절률을 변경하는 데 사용될 수 있는 반사 빔 분할기(260)를 구성하는 재료, 및 45와 다를 수 있는 굴절된 빔(제2 부분(246))의 최종 방향과 같은 요소들이 또한 변경될 수 있다.
도 18은 다수의 작은 미러화된 표면들을 갖는 반사 빔 분할기(270)의 등축도를 나타낸다. 전술한 바와 같이, 도 10의 편향 요소들(240, 242)과 같은 편향 요소들의 기하 구조는, 서로 더 가까운 (도 14 및 15에 도시된 바와 같은) 더 작은 편향 요소들(252)을 갖는 빔 분할기를 형성하기 위해 스케일링이 변경되는 동안에 유지될 수 있다. 도 18의 더 높은 밀도의 더 작은 편향 요소들(268)을 사용하는 경우, 송신기들(232, 234)은 도 16에 도시된 바와 같이 개별 편향 요소 또는 미러화된 경사진 패싯(262)과 정렬될 필요가 없다. 반사 빔 분할기(270)는 IR 빔(236)을 0도의 제1 부분(244) 및 45도의 제2 부분(246)으로 분할한다. 또한, 0도 및 45도 빔들의 상대적 강도는 도 16 및 17에서 전술한 바와 같이 조정될 수 있다.
도 19는 입사된 IR 빔을 둘보다 많은 빔들로 분할하는 굴절 빔 분할기(280)를 나타낸다. 굴절 빔 분할기(280)는 앞벽(272)을 따라 편향 요소들(281)의 어레이를 구비한다. 편향 요소들(281)의 각각은 서로에 대해 반대 방향으로 경사지는 제1 및 제2의 경사진 패싯(276, 278)을 구비한다. 제1 및 제2의 경사진 패싯들(276, 278)과 인터페이스하는 IR 빔(236)의 부분들은 첫 번째로 굴절되며, 이어 서 굴절된 빔이 뒷벽(274)과 인터페이스함에 따라 두 번째로 굴절된다. 앞벽(272) 및 뒷벽(274)과 90도 인터페이스하는 IR 빔(236)의 부분들은 편향되지 않는다. 따라서, 굴절 빔 분할기(280)는 IR 빔(236)을 IR 빔(236)의 방향에 대해 -45도로 지향되는 제1 빔(282), +45도로 지향되는 제2 빔(284) 및 0도로 지향되는 제3 빔(286)으로 분할한다. X, U 및 V 빔들을 이용하지만, Y 빔은 이용하지 않는 센서와 같은 일부 실시예들에서, 굴절 빔 분할기(280)는 편향되지 않은 빔(또는 제3 빔(286))이 존재하지 않고, 입사된 IR 빔(236)이 제1 및 제2의 경사진 패싯들(276, 278)에 의해 완전히 차단되도록 설계될 수 있다.
도시된 바와 같은 굴절 빔 분할기(280)의 편향 요소들(281)은 IR 송신기들(232, 234)과 정렬된다. 그러나, 전술한 바와 같이, 편향 요소들(281)은 더 작고, 서로 더 가깝게 제조되어, 송신기들 및 수신기들과 편향 요소들(281)을 정렬하지 않고도 터치스크린이 조립되는 것을 허가할 수 있다.
도 20은 IR 빔에 대해 수직이 아니라 경사지는 입사 및 출사 표면들을 생성하도록 형성되는 편향 요소들을 갖는 경사진 굴절 빔 분할기(290)를 나타낸다. 입사 및 출사 표면들을 경사지게 하는 것은 터치 시스템의 면 밖에서 임의의 반사를 산란시켜, 배경의 제거를 향상시킬 수 있다. 도 21은 명료화를 위해 IR 빔들 없이, 경사진 굴절 빔 분할기(290)를 나타낸다. 도 20 및 21 양자에는, 가상 수평면들(301, 303) 사이의 주기적인 빔 분할기 구조의 짧은 세그먼트가 도시되어 있다.
제1 및 제2 편향 요소들(296, 298)이 앞벽(320)은 물론, 수직으로 도시된 표면들을 지칭하는 제1 측벽(292) 및 제2 측벽(294)에도 형성된다. 앞벽(320)과 제1 측벽(292)의 교선은 제1, 제2 및 제3 부분들(300, 302, 304)을 가지며, 앞벽(320)과 제2 측벽(294)의 교선은 제1, 제2 및 제3 부분들(306, 308, 310)을 갖는다. 제1 편향 요소(296)는 제1 측벽(292)의 제1 및 제2 부분들(300, 302)과 제2 측벽(294)의 제1 및 제2 부분들(306, 308) 사이에 형성된다. 제2 편향 요소(298)는 제1 측벽(292)의 제2 및 제3 부분들(302, 304)과 제2 측벽(294)의 제2 및 제3 부분들(308, 310) 사이에 형성된다.
제1 측벽(292)의 제1 부분(300)의 바닥 및 제2 측벽(294)의 제1 부분(306)의 바닥 양자는 가상 수평면(303)에서 시작된다. 제1 측벽(292)의 제1 부분(300)은 제2 측벽(294)의 제1 부분(306)보다 짧다. 따라서, 제1 편향 요소(296)의 입사 표면(312)은 수직 방향으로부터 벗어나 경사지거나 기우는 각도를 갖는다. 패싯 개구(318)는 제1 편향 요소(296)의 폭에 걸쳐 변하지 않지만, 수평선에 대해 경사진다. 평행한 입사 IR 빔(238)은 0도 빔(314) 및 45도 빔(316)으로 분할된다.
마찬가지로, 제1 측벽(292)의 제3 부분(304)의 상부 및 제2 측벽(294)의 제3 부분(310)의 상부 양자는 가상 수평면(301)에서 시작된다. 제1 측벽(292)의 제3 부분(304)은 제2 측벽(294)의 제3 부분(310)보다 길다. 제1 및 제2 측벽들(292, 294)의 제2 부분들(302, 308)은 각각 동일한 길이를 갖는다. 따라서, 제2 편향 요소(298)의 입사 표면(324)은 경사지며, 패싯 개구(326)는 제2 편향 요소(294)의 폭에 걸쳐 변하지 않는다.
0도 및 45도 빔들(314, 316)의 상대적 강도는 굴절 패싯 개구(318)를 증가 또는 감소시킴으로써 그리고/또는 제1 및 제2 편향 요소들(296, 298) 각각에 대한 송신기들(234, 232)의 정렬에 의해 조정될 수 있다. 앞벽(320) 및 뒷벽(322)의 기울기 또는 경사 각도는 물론, 굴절 패싯의 개구, 굴절 패싯 바로 위의 투명 패싯의 높이, 편향 요소들의 수 및 간격, 빔 분할기 재료 블록의 높이, 길이, 폭 및 굴절률, 및 이 예에서는 45도 빔(316)인 굴절된 빔의 최종 방향 중 하나 이상이 변경될 수 있다.
따라서, 앞벽(320)을 따라 경사진 굴절 빔 분할기(290)로 들어가는 IR 빔(238)의 임의 부분이 뒷벽(322)으로부터 0도로 출사할 것이다. 0도 빔(314)은 앞벽(320) 및 뒷벽(322) 양자에서 굴절되지만, 앞벽(320) 및 뒷벽(322)이 서로에 대해 평행한 한은, 궁극적으로 편향은 존재하지 않는다. 따라서, 앞벽(320) 및 뒷벽(322)이 평행한 경우, 출사 빔은 뒷벽(322)으로부터 입사 빔과 동일한 방향으로 출사한다.
제1 편향 요소(296)의 굴절 표면을 따라 경사진 굴절 빔 분할기(290)로 들어가는 IR 빔(238)의 일부는 제1 각도로 첫 번째 굴절된다. 굴절된 IR 빔이 앞벽(320)과 평행한 뒷벽(322)을 통해 경사진 굴절 빔 분할기(290)로부터 출사될 때, 굴절된 IR 빔은 원하는 전체 굴절 각도, 이 예에서는 45도를 달성하기 위해 두 번째로 굴절된다. 따라서, 고려해야 할 경사진 인터페이스들에 의한 2개의 개별 굴절이 존재한다.
도 22 및 23은 높은 밀도의 작은 굴절 패싯들을 갖는 경사진 굴절 빔 분할기(330)의 2D 도면 및 등축도를 각각 나타낸다. 경사진 굴절 빔 분할기(330)는 도 20의 경사진 굴절 빔 분할기(290)와 동일한 기하 구조를 갖지만, 크기가 더 작고 서로에 대해 더 가까이 이격되는 편향 요소들을 구비할 수 있다. 따라서, 송신기들(232, 234)을 개별 편향 요소들에 대해 정렬하는 것은 필요하지 않다. 경사진 굴절 빔 분할기(330)는 또한 평행한 IR 빔(236)을 0도로 지향되는 제1 부분(244) 및 45도로 지향되는 제2 부분(246)으로 분할한다. 0도 및 45도 빔들의 상대적 강도는 굴절 패싯 개구 대 다른 패싯들의 개구의 비율을 증가 또는 감소시킴으로써 조정될 수 있다.
전술한 빔 분할기들에서와 같이, 굴절이 아니라 반사가 이용될 수 있다. 도 24는 평행 입사 광 빔(IR 빔 236)을 0도 빔(342) 및 45도 빔(344)으로 분할하는 반사 경사 빔 분할기(340)의 2D 도면을 나타낸다. 0도 빔(342)과 45도 빔(344)의 상대적 강도는 미러화된 패싯 개구를 증가 또는 감소시킴으로써 그리고/또는 개별 편향 요소들(346, 348) 각각에 대한 송신기들(232, 234)의 정렬에 의해 조정된다. 앞벽 및 뒷벽의 기울기 또는 경사 각도, 미러화된 패싯의 개구, 미러화된 패싯 바로 위의 투명 패싯의 높이, 편향 요소들의 수 및 간격, 빔 분할기 재료의 높이, 길이, 폭 및 굴절률, 및 이 예에서는 45도인 분할 빔의 최종 방향을 포함하는 다른 양태들도 조정될 수 있다.
도 25는 높은 밀도의 작은 미러화된 패싯들을 갖는 반사 경사 빔 분할기(350)를 나타낸다. 전술한 다른 빔 분할기들에서와 같이, 반사 경사 빔 분할기(350)도 평행 입사 광 빔(IR 빔 236)을 0도 빔(342) 및 45도 빔(344)으로 분할한다. 0도 빔과 45도 빔의 상대적 강도는 미러화된 패싯 개구 대 나머지 패싯들의 개구의 비율을 증가 또는 감소시킴으로써 조정된다. 다른 상대적 기하 구조는 도 24의 반사 경사 빔 분할기(340)와 관련하여 전술한 것과 동일하게 유지된다.
전술한 IR 송신기들의 각각은 IR 빔이 큰 터치 영역에 걸쳐 전파될 때 IR 빔의 전력 발산을 줄이기 위해 IR 빔을 좁은 순방향 원추형으로 집속하는 데 통상적으로 사용되는 렌즈를 구비한다. 그러한 송신기들과 함께 사용되는 수신기들의 각각은 대략 평행하고 순방향으로 입사되는 IR 빔을 능동 검출 표면 포토트랜지스터 상의 작은 초점 스폿으로 집속하는 데 통상적으로 사용되는 렌즈를 구비한다. 일 실시예에서, 렌즈는 빔 분할 기능을 달성하기 위하여 빔 분할 렌즈로 교체될 수 있다. 이러한 구성에서, 빔 분할 렌즈는 IR 송신기들 및 IR 수신기들 각각에 부착된다. 렌즈는 IR XYU 터치스크린 동작을 위해 IR 빔들을 분할하고 결합한다. 별도의 빔 분할기가 필요하지 않으며, 따라서 IR 송신기들 및 수신기들을 빔 분할기들과 정렬하는 것이 필요하지 않다.
간략화를 위해, 아래의 설명은 내부 LED 광원(또는 포토트랜지스터 베이스)이 포인트 광원(또는 포인트 검출기)이고, 빔 분할 렌즈로부터 빔들이 출력될 때 45도로 수렴되는 평행 빔들을 생성하는 것이 바람직한 것으로 가정한다. 렌즈들을 가능한 한 대칭으로 유지하기 위하여, 렌즈는 전술한 빔 분할기들을 이용하여 달성되는 바와 같은 0도 및 45도 빔들을 생성하는 것이 아니라, 포인트 광원으로부터의 광을 +/- 22.5도의 빔들로 분할할 수 있다. 따라서, 포인트 광원으로부터의 IR 광을 교차하지 않는 +/- 22.5도 빔들로 굴절시키기 위한 연속 렌즈 표면이 계산된다.
추가적인 간략화로서, 렌즈의 뒷면이 편평하고, 렌즈의 앞면만이 곡면이고 오목 또는 볼록 형상을 가질 수 있는 것으로 가정한다. 일정한 최대 및 최소 두께 의 프로파일을 유지하는 프레넬 타입 렌즈들을 설계할 수 있지만, 아래의 설명은 두께 제한이 없는 연속적으로 굽은 렌즈 표면을 가정할 것이다.
도 26 및 27은 표준 분석 설계 방법들을 이용하여 결정될 수 있는 비집광 오목 렌즈(360)를 나타낸다. 비집광 오목 렌즈(360)의 앞면(374)은 다수의 작은 편평 패싯들(362)을 이용하여 모델링된다. 도 27에서, IR 포인트 광원(364)은 뒷면(376)을 통해 비집광 오목 렌즈(360)로 들어가는 IR 빔(366)을 생성한다. 비집광 오목 렌즈(360)는 IR 빔(366)을 제1 및 제2 빔들(368, 370)로 분할한다.
도 28은 IR 터치스크린(380)에서 이중 빔 렌즈를 이용하기 위한 일반 개념을 나타낸다. 이중 빔 렌즈는 (도 27에 도시된 바와 같은) 비집광 오목 렌즈(360), 또는 집광 오목 렌즈 또는 볼록 렌즈일 수 있는데, 이들 양자는 아래에 설명된다. IR 송신기들(382, 384)이 터치스크린(380)의 두 면을 따라 배치되고, IR 수신기들(386, 388)은 터치스크린(380)의 다른 두 면을 따라 배치된다. 명료화를 위해, 적은 수의 IR 송신기들(382, 384) 및 IR 수신기들(386, 388)이 도시되지만, 통상적으로는 터치스크린(380)의 전체 터치 영역에 걸쳐 균일한 수렴을 제공하기 위해 더 많은 수의 송신기들 및 수신기들이 사용된다.
이중 빔 렌즈는 0도 및 45도가 아니라 +/- 22.5도의 빔을 형성하므로, IR 송신기들(382, 384) 및 IR 수신기들(386, 388)은 X, Y 및 U 빔들을 형성하고 수신하기 위해 터치스크린(380)의 X 및 Y 면들에 대해 회전된 방향들로 배치된다. 그 각도는 하나의 빔이 X 또는 Y 방향을 따라 전송되도록 결정된다. 예를 들어, 송신기들(382)은 IR 빔(390)을 X축을 따라, 그리고 IR 빔(392)을 U축을 따라 전송하는 각 도를 가질 수 있다. 송신기들(384)은 IR 빔(394)을 Y축을 따라, 그리고 IR 빔(396)을 U축을 따라 전송하는 각도를 갖는다. IR 수신기들(386)은 IR 빔들(390, 396)을 검출하는 각도를 가지며, IR 수신기들(388)은 IR 빔들(392, 394)을 검출하는 각도를 갖는다. U 빔들은 45도인 반면, 터치 영역의 대각선은 그렇지 않으므로, 일부 예들에서 U 빔들은 IR 송신기들(384)에서 IR 수신기들(388)로 전파된다.
도 29는 제1 및 제2 빔들(402, 404)이 각각 제1 및 제2 초점들(406, 408)에 집속되도록 집광 오목 렌즈(400) 상의 각각의 표면 포인트에 굴절 방향을 정의하는 집광 오목 렌즈(400)를 나타낸다. 이 예에서, 제1 및 제2 초점들(406, 408)은 도 28의 수신기들(386)과 같은 IR 수신기들을 나타내는 검출기 면(409) 상에 정의된다. 제1 및 제2 초점들(406, 408)은 순방향(Z)의 임의의 위치들로 이동될 수 있다.
도 30은 비집광 볼록 렌즈(410)를 나타낸다. 도 31은 입사 IR 빔(412)을 제1 및 제2 빔들(414, 416)로 분할하는 비집광 볼록 렌즈(410)를 나타낸다. 제1 및 제2 빔들(414, 416)은 전술한 바와 같이 +/- 22.5도를 갖는다. 설명의 명료화를 위해, 이 예서는 IR 광 빔(412)을 생성하는 포인트 광원이 다시 가정된다.
또한, 집광 볼록 렌즈(도시되지 않음)가 사용될 수 있다. 집광 볼록 렌즈는 입사 IR 빔을 제1 및 제2 빔들로 분할하며, 이 빔들은 도 29와 관련하여 전술한 바와 같이 검출기 면 상의 제1 및 제2 초점들로 집속된다. 도 6의 SAW XYUV 터치스크린과 유사한 IR XYUV 설계들을 지원하기 위해 필요에 따라 입사 IR 빔을 3개의 빔으로 분할하기 위한 3빔 렌즈들도 설계될 수 있다는 점에도 유의한다.
위의 설명은 제한적이 아니라, 예시적인 것을 의도한다는 것을 이해해야 한다. 예를 들어, 전술한 실시예들(및/또는 그의 양태들)은 서로 조합하여 이용될 수 있다. 또한, 본 발명의 범위로부터 벗어나지 않고, 본 발명의 가르침에 특정 상황 또는 요소를 적응시키기 위하여 많은 변경이 이루어질 수 있다. 여기에 설명되는 요소들의 치수들 및 타입들은 본 발명의 파라미터들을 정의하는 것을 의도하지만, 이들은 제한적이 아니라 예시적인 구현들이다. 위의 설명을 검토할 때, 많은 다른 실시예들이 이 분야의 기술자들에게 명확할 것이다. 따라서, 본 발명의 범위는 첨부된 청구항들과 이들 청구항들이 권리를 갖는 균등물들의 전체 범위를 참조하여 결정되어야 한다. 첨부된 청구항들에서, 용어들 "including" 및 "in which"는 각각의 용어들 "comprising" 및 "wherein"의 일반 영어 등가물로서 사용된다. 더욱이, 아래의 청구항들에서, 용어들 "제1", "제2" 및 "제3" 등은 단지 라벨들로서 사용되며, 그들의 대상들에 대해 수치적인 요구들을 부과하는 것을 의도하지 않는다. 또한, 아래의 청구항들의 제한들은 수단 플러스 기능(means plus function) 방식으로 작성된 것이 아니며, 그러한 청구항 제한들이 추가 구조가 없는 기능의 기재가 이어지는 "--하기 위한 수단"이라는 문구를 명시적으로 사용하지 않는 한, 그리고 사용할 때까지 U.S.C. §112, 6 단락에 기초하여 해석되는 것을 의도하지 않는다.

Claims (12)

  1. 터치스크린 시스템으로서,
    터치 영역;
    제1 빔들을 제1 방향으로 전송하기 위해 상기 터치 영역의 외측 에지들에 근접 배치되는 적어도 하나의 송신기;
    상기 제1 빔들을 적어도 제2 및 제3 빔들로 분할하기 위해 상기 터치 영역의 외측 에지들에 근접 배치되는 적어도 하나의 빔 분할기 - 상기 적어도 제2 및 제3 빔들은 상기 터치 영역을 통해 적어도 제2 및 제3 방향들로 각각 이동하며, 상기 적어도 하나의 빔 분할기는 복수의 편향 요소를 포함함 -; 및
    상기 적어도 제2 및 제3 빔들을 수신하기 위해 상기 터치 영역의 외측 에지들에 근접 배치되는 수신기들
    을 포함하는 터치스크린 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 적어도 제2 및 제3 방향들 중 하나는 상기 제1 방향과 동일한 터치스크린 시스템.
  3. 제1항에 있어서, 상기 적어도 제2 및 제3 방향들 및 상기 제1 방향은 서로 다른 터치스크린 시스템.
  4. 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 송신기는 적외선(IR) 송신기이고, 상기 수신기들은 IR 수신기들이며, 바람직하게는 상기 터치 영역은 서로에 대해 90도 다른 X 및 Y 방향들을 포함하고, 상기 제2 빔은 상기 X 및 Y 방향들 중 하나를 따라 상기 터치 영역을 통해 이동하며, 상기 제3 빔은 상기 제2 빔에 대해 약 45도의 각도로 상기 터치 영역을 통해 이동하는 터치스크린 시스템.
  5. 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 송신기는 표면 음향파(SAW) 송신기이고, 상기 수신기들은 SAW 수신기들인 터치스크린 시스템.
  6. 제1항에 있어서, 상기 수신기들에 대해 상기 적어도 제2 및 제3 빔들을 편향시키기 위해 상기 수신기들에 근접 배치되는 수신 빔 분할기들을 더 포함하는 터치스크린 시스템.
  7. 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 빔 분할기는 적어도 하나의 렌즈를 포함하고, 상기 적어도 하나의 송신기는 상기 적어도 하나의 렌즈와 연관되고, 바람직하게는 상기 터치 영역은 서로에 대해 90도 다른 X 및 Y 방향들을 포함하고, 상기 적어도 하나의 송신기는 또한 상기 적어도 제2 및 제3 방향들 중 하나를 상기 X 및 Y 방향들 중 하나와 정렬시키도록 배치되는 터치스크린 시스템.
  8. 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 송신기는 상기 복수의 편향 요소들 중 하나의 편향 요소와 연관되고, 상기 적어도 하나의 송신기는 상기 연관된 편향 요소에 대해 정렬되는 터치스크린 시스템.
  9. 제1항에 있어서, 상기 복수의 편향 요소들은 상기 빔들의 반사 및 굴절 중 하나를 수행하도록 배향되는 터치스크린 시스템.
  10. 제1항에 있어서, 상기 복수의 편향 요소 내의 각각의 편향 요소는 반사 재료로 코팅된 적어도 하나의 경사진 패싯(slanted facet)을 포함하고, 상기 적어도 하나의 경사진 패싯은 상기 빔들의 적어도 일부를 상기 제1 방향과 다른 방향으로 굽히는 터치스크린 시스템.
  11. 터치스크린 시스템으로서,
    X 및 Y 치수들을 갖는 터치 영역을 포함하는 기판;
    상기 기판 상에 상기 터치 영역의 외측 에지들에 근접하게 제조되는 제1 X 어레이 및 제1 Y 어레이;
    상기 제1 X 및 Y 어레이들을 통해 빔들을 전송하기 위한 전송 트랜스듀서들 - 상기 제1 X 및 Y 어레이들은 상기 빔들을 상기 터치 영역을 향해 편향시킴 -;
    상기 기판 상에 상기 제1 X 및 Y 어레이들 각각과 상기 터치 영역 사이에 제조되는 제1 및 제2 빔 분할기들 - 상기 제1 및 제2 빔 분할기들 각각은 상기 빔들을 서로에 대해 상이한 방향들로 상기 터치 영역을 통해 이동하는 적어도 2개의 빔 으로 분할함 -; 및
    상기 적어도 2개의 빔을 수신하기 위한 수신 트랜스듀서들
    을 포함하는 터치스크린 시스템.
  12. 제1항의 터치스크린 시스템 상에서 다수의 터치를 검출하기 위한 방법으로서,
    상기 제1 빔들을 상기 터치 영역의 외측 에지들에 근접하게 전송하는 단계;
    상기 제1 빔들을 분할하여, 상기 터치 영역을 통해 서로에 대해 상이한 방향들로 이동하는 적어도 제2 및 제3 빔들을 형성하는 단계;
    상이한 방향들로 이동하는 상기 적어도 제2 및 제3 빔들을 분할하여 수신 빔들을 형성하는 단계;
    상기 수신 빔들을 수신하는 단계; 및
    상기 수신 빔들에 기초하여 상기 터치 영역 내의 적어도 하나의 외부에서 생성된 터치의 위치를 검출하는 단계
    를 포함하는 터치 검출 방법.
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