TW201416936A

TW201416936A - 使用擴散反射元件之光耦合觸控感測系統

Info

Publication number: TW201416936A
Application number: TW102122102A
Authority: TW
Inventors: Thomas Craven-Bartle; Hakan Bergstrom; Ola Wassvik
Original assignee: Flatfrog Lab Ab
Priority date: 2012-06-21
Filing date: 2013-06-21
Publication date: 2014-05-01
Also published as: WO2013191638A1

Abstract

一種觸控感測系統，藉由光抑制(FTIR)操作，包含一光穿透面板(1)，具有一前表面及一後表面。光發射器(2)和光偵測器(3)，光學上在該面板(1)沿著一觸控感測區域(4)一周長，面向該後表面。至少一個擴散反射元件(40)沿著該觸控感測區域(4)該周長，配置在該前表面(5)。該光發射器(2)配置，去發出各別光束到該擴散反射元件(40)，以便於產生傳播光，在該面板(1)內橫越該觸控感測區域(4)由全內反射傳播，當傳播光入射在該擴散反射元件(40)上產生偵測光，且該光偵測器(3)配置去接收偵測光，以便在成對的光發射器(2)和光偵測器(3)之間，橫越觸控感測表面(4)，定義出傳播路徑(D)的網格。

Description

使用擴散反射元件之光耦合觸控感測系統

本發明是關於一觸控感測系統，其操作藉由在薄的光穿透面板內沿著定義明確的光路徑，以內反射傳播光，且特別是有關於定義光路徑位置的光學解決方案。

此型觸控感測系統習知為基於受抑全內反射(FTIR,Frustrated Total Internal Reflection)系統。在固體光穿透式面板內，傳遞光來操作，固體光穿透式面板定義兩個平行邊界表面，由周圍邊緣表面連接。由複數個發射器產生的光耦合到面板，以便由邊界表面到複數個偵測器之間，光以全內反射(TIR)傳播。因此，在數對發射器和偵測器之間，光定義出橫越面板的傳播路徑。排列發射器和偵測器，使得傳播路徑在面板上定義出網格。觸碰一個邊界表面(“觸控表面”)的一物體，在一個或多個傳播路徑會衰減(“抑制”)光，使得由一個或多個偵測器接收的光會改變。該物體的位置(座標)、形狀或面積可由分析偵測器中接收的光來決定。此型裝置能偵測同時接觸觸控表面的複數個物體，在習知技術中稱為”多點觸控”。

在一個組態，如US2006/0114237中所揭露，透過周圍邊緣表面，光直接耦合進入面板內。此種方法允許光簡易且有效率地注入面板內。而且，此種耦合進入不會顯著地增加觸控系統的厚度。然而，經由邊緣表面的耦合進入可能需要邊緣表面高度平坦且沒有缺陷。這可能很困難達成，與/或很貴，特別是當面板很薄時，與/或用如玻璃相當脆的材料去製造。經由邊緣表面的耦合進入，也可能增加觸控系統的覆蓋區。此外，如果面板附著在一基座結構(如框架或托架)，光學上可能很困難去接近邊緣表面，且很可能基座結構在邊緣表面會造成應力。此種應力可能影響邊緣表面的光學品質，導致耦合進入性能下滑。

US3673327揭露基於受抑全內反射的觸控系統，發射器和偵測器在面板相對的末端排成列，光束在相應成對的發射器和偵測器之間傳播，以便定義出傳播路徑的長方形網格。大的稜鏡附著在面板底面，將光束耦合進入及離開面板。

US7432893提出安裝一些大發射器在面板角落、或在面板每一邊的中間，去注入發散光束(“扇形光束”)到面板內，使沿著面板所有邊之線性陣列光二極體可接收。藉由附著在面板上表面一很大的旋轉稜鏡，每個扇型光束耦合進入面板，及附著在面板上或下表面的光二極體，以便於在每個稜鏡及一組光二極體之間，定義複數個傳播路徑。

藉由附著稜鏡或光楔到上或下表面，可能放寬邊緣表面的表面需求，與/或便利觸控系統的組裝。然而，稜鏡或光楔可能大幅增加系統的厚度及重量。為減少重量及成本，光楔可能由塑膠材料製成。另一方面，面板通常由玻璃製成，如達到需求塊材性質(如折射率、穿透、同質性、等向性、耐用性、穩定性等等)，和上下表面的表面均勻性。本申請人發現，在觸控系統操作期間，因溫度變化，在塑膠材料和玻璃之間不同的熱膨脹差異會造成塊體光楔由面板鬆脫。即使光楔一小部分或局部脫離，都會造成系統效能大幅衰退。

在液晶顯示器技術領域中，在觸控感測系統領域之外，習知由發光二極體耦合光進入薄波導面板，為液晶顯示器所謂的背光(BLUs，背光單元)的一部分。這些波導面板位在液晶顯示器之後，裝配為由它的上表面發出光，均勻的照射液晶顯示器的後邊。為了液晶顯示器後邊發光需求，有耦合光進入波導之不同的策略，揭露在Yun Chen所發表之論文“Using micro-structure to couple light into thin light-guides”，Master of Science Thesis，斯德哥爾摩2011,TRITA-ICT-EX-2011：112。

在整合的光感測器領域中，在觸控感測系統領域之外，習知耦合光進入及離開波導。在一篇Steindorfer等所著之論文”Light coupling for integrated optical waveguide-based sensors”，發表在光感測及偵測章節，proceeding of the SPIE,vol.7726,pp.77261S-1-77261S-10(2010)，一光波導沉積在一基板上表面，被暴露到一被測物。有機發光二極體(OLED)，作用像一光源，且有機發光二極體如同光偵測器一般，是一體的整合在基板下邊。螢光原子沉積在上邊，耦合由有機發光二極體發出的光進入波導，且施加在上邊的散射層，會耦合光離開波導，進入光二極體中。

本發明目的為至少部分解決一個或多個基於受抑全內反射觸控感測系統之習知技術的限制。

一個目的是提供基於受抑全內反射、堅固和小巧的觸控感測裝置，且以定義明確的範圍去定義光傳播路徑。

另一個目的是以有限的接近邊緣表面，能設計出基於受抑全內反射之觸控感測裝置。

又另一個目的是使得基於受抑全內反射之觸控感測裝置能簡單組裝，且適於量產。

一個更進一步目的是提供一基於受抑全內反射之觸控感測裝置，能有效率的使用光。

由根據專利申請範圍獨立項及其被專利申請範圍附屬項定義之實施例的觸控感測系統，至少部分達成一個或多個這些目的、及其他目的，將由下列描述顯示。

本發明的一個型態是觸控感測裝置，包含：一光穿透面板，定義一前表面及一相對的後表面；複數個光發射器及複數個光偵測器，在面板上沿著觸控感測區域周長，配置為光學上面對後表面；以及至少一擴散反射元件，沿著觸控感測區域周長，配置在前表面。光發射器配置去射出各別光束，到該至少一個擴散反射元件，以便產生傳播光，在面板內橫越觸控感測區域，藉由全內反射傳播。光偵測器配置，接收當傳播光入射在該至少一個擴散反射元件上產生的偵測光，以便在成對的光發射器和光偵測器之間，橫越觸控感測區域，定義傳播路徑網格。

在一實施例，至少一擴散反射元件包含擴散反射材料的至少一個延伸長條。

在一實施例，至少一擴散反射元件，定義圍繞該觸控感測區域之一同調框架。

在一實施例，至少一個擴散反射元件具有橢圓形狀部分重疊之一序列的形狀，最好是圓形形狀。

在另一實施例，至少一個擴散反射元件包含複數個空間中分離點，沿著該觸控感測區域周長配置。

在一實施例，至少一個擴散反射元件裝配為顯示至少百分之五十擴散反射，且最好是至少百分之九十擴散反射。

在一實施例，至少一個擴散反射元件實質上是朗伯(進似朗伯)擴散板。

在一實施例，至少一個擴散反射元件裝配，在面板內以上述全內反射維持光傳播的角度，去增進擴散反射光的射出。因此，擴散反射元件為非朗伯。

在一實施例，至少一個擴散反射元件包含白色塗料、白紙、spectralon、光穿透擴散材料其中之一，且被反射材料、工程擴散板及反射半隨機微結構覆蓋。

在一實施例，觸控感測裝置進一步包含屏蔽層，施加到至少一個擴散反射元件上，且在觸控感測區域周長附近，定義出一不透明框架。在一實作，屏蔽層包含鑽石型的碳(DLC)。

在一實施例，觸控感測裝置進一步包含光反射邊緣元件，配置在邊緣部份，和鄰近至少一個的每個光發射器及每個光偵測器的面板之前表面及後表面連接。

在一實施例，觸控感測裝置進一步包含複數個光反射後元件，配置在後表面上，其中每個光反射後元件定義一光穿透開口，和各別的光發射器對齊。

在一實施例，觸控感測裝置進一步包含光吸收邊緣元件，配置在邊緣部份，和鄰近每個光偵測器的面板之前表面及後表面連接。

在一實施例，觸控感測裝置進一步包含複數個光吸收後元件，配置在後表面上，其中每個光吸收後元件定義一光穿透開口，和各別的光偵測器對齊。

在一實施例，光發射器及光偵測器在後表面以一空氣間隔配置。

在一實施例，濾波器配置在後表面和每個光偵測器中間，且其中濾波器包含至少一個波長濾波器，在光發射器發出光所包含的波長，裝配去選擇性傳遞光，和一角濾波器，來自直接在光偵測器之上至少一個擴散反射元件的偵測光，裝配去選擇性傳遞偵測光。

在一實施例，光發射器及光偵測器相對於至少一個擴散反射元件配置，使得橫越觸控感測區域沿著傳播路徑範圍，鄰近的傳播路徑部分重疊。

本發明的第二個型態是觸控感測裝置，包含：一光穿透面板，定義一前表面及一相對的後表面；複數個光發射器，在該面板上沿著一觸控感測區域周長，配置為光學上面對該後表面；複數個光偵測器，光學上連接到該面板；以及至少一個擴散反射元件，沿著該觸控區域周長，配置在該前表面。該光發射器配置，發出各別光束到至少一個該擴散反射元件，以便產生傳播光，橫越該觸控感測區域，在該面板內藉由全內反射傳播。該光偵測器配置，在成對的該光發射器和該光偵測器之間，橫越該觸控該感測區域，定義傳播路徑網格。

本發明的第三個型態是觸控感測裝置，包含一光穿透面板，定義一前表面及一相對的後表面；複數個光發射器，光學上連接到該面板，以便產生傳播光，在該面板上橫越一觸控感測區域，在該面板內藉由全內反射傳播；複數個光偵測器，在該面板上沿著該觸控區域周長，配置為光學上面對該後表面；以及至少一個擴散反射元件，沿著該觸控區域周長，配置在該前表面。該光偵測器配置，接收當傳播光入射在至少一個該擴散反射元件上產生的偵測光，以便在成對的該光發射器和該光偵測器之間，橫越該觸控感測區域，定義傳播路徑網格。

第一型態之上述的實施例任何一個，可修改且實行在第二及第三型態的實施例中。

關於觸控感測裝置之本發明的另一個型態，包含：一光穿透面板，定義一前表面、一相對的後表面及連接該前表面及該後表面一周圍邊緣表面；以及至少一擴散反射元件，配置在至少部分周圍邊緣表面。在第一替代型態，觸控感測裝置進一步包含複數個光發射器，在面板上沿著觸控感測區域周長，配置為光學上面對後表面；及複數個光偵測器，光學上連接到該面板，其中光發射器配置去射出各別光束，到該至少一個擴散反射元件，以便產生傳播光，在面板內橫越觸控感測區域，藉由全內反射傳播；且其中光偵測器配置，在成對的光發射器和光偵測器之間，橫越觸控感測區域，定義傳播路徑網格。在第二替代型態，觸控感測裝置進一步包含複數個光發射器，光學上連接到該面板，以便產生傳播光，在該面板上橫越一觸控感測區域，在該面板內藉由全內反射傳播；複數個光偵測器，在該面板上沿著該觸控區域周長，配置為光學上面對該後表面；其中光偵測器配置，接收當傳播光入射在至少一個該擴散反射元件上產生的偵測光，以便在成對的該光發射器和該光偵測器之間，橫越該觸控感測區域，定義傳播路徑網格。在第三替代型態，觸控感測裝置進一步包含複數個光發射器及複數個光偵測器，在面板上沿著觸控感測區域周長，配置為光學上面對後表面；其中光發射器配置去射出各別光束到該至少一個擴散反射元件，以便產生傳播光，在面板內橫越觸控感測區域，藉由全內反射傳播；且其中光偵測器配置，接收當傳播光入射在該至少一個擴散反射元件上產生偵測光，以便在成對的光發射器和光偵測器之間，橫越觸控感測區域，定義傳播路徑網格。

第一型態上述的實施例任何一個，可修改且實行在替代型態的實施例中。

本發明又其他目的、特徵、型態和優點，由附加的申請專利範圍和下列圖，在下列實施例中顯現。

1‧‧‧面板

2‧‧‧發射器

3‧‧‧偵測器

4‧‧‧觸控表面

5‧‧‧邊界上表面

6‧‧‧邊界下表面

7‧‧‧觸碰物體

10‧‧‧訊號處理器

12‧‧‧控制器

14‧‧‧處理單元

30‧‧‧耦合組件

32‧‧‧耦合組件

40‧‧‧擴散板

42‧‧‧環繞光束

45‧‧‧印刷電路板

50‧‧‧投影區域

52‧‧‧投影區域

70‧‧‧屏蔽層

72‧‧‧環狀反射元件

72’‧‧‧光穿透開口

74‧‧‧周邊屏蔽

76‧‧‧光反射邊緣元件

82‧‧‧環狀吸收元件

82’‧‧‧光穿透開口

84‧‧‧光吸收邊緣元件

90‧‧‧濾波器

100‧‧‧觸控感測裝置

D‧‧‧偵測線

φ‧‧‧角度

N‧‧‧在面板1的平面

本發明實施例現在參照伴隨的示意圖，更詳細的描述。

圖1A是在觸控偵測中使用受抑全內反射之光穿透面板的剖面圖，及圖1B是基於受抑全內反射之觸控感測裝置的上視圖。

圖2是基於受抑全內反射之觸控感測裝置的能量訊號，產生衰減圖形的3D曲線圖。

圖3是根據習知技術之觸控感測裝置的剖面圖。

圖4A至圖4B是根據本發明實施例擴散耦合進入及耦合離開的剖面圖。

圖5A是根據一實施例之觸控感測裝置的上視圖，且圖5B至圖5C是描述圖5A中實施例特徵的放大圖。

圖6A至圖6B是根據其他實施例之觸控感測裝置的上視圖。

圖7A至圖7D是圖4A中擴散耦合進入之變形的剖面圖。

圖8A至圖8E是圖4B中擴散耦合離開之變形的剖面圖。

圖9是根據又另一實施例之觸控感測裝置的上視圖。

在下列，本發明實施例會以觸控感測裝置之特定例子呈現。在所有描述中，使用相同參考數字去識別對應的元件。

圖1A描述基於傳播光受抑全內反射(Frustrated Total Internal Reflection)衰減的觸控偵測原理。根據此原理，光在面板1內沿著複數個定義明確的傳播路徑傳遞。面板1由一層或多層固體材料製成，具有任何形狀。面板1定義內部輻射傳播通道，其中藉由內反射傳播光。在圖1A的例子中，在面板1之邊界表面5、6之間，定義傳播通道，且前(上)表面5允許傳播光和觸碰物體7相互作用，因此定義觸控感測區域4(“觸控表面”)。注入光到面板1內實現相互作用，當光傳播通過面板1，使得光在前表面5由全內反射(TIR)反射。在後(下)表面6光可被全內反射，或對抗其上的反射塗佈。如果面板包含多層不同材料，可理解傳播通道由後表面6間隔。面板1可因此由任何固體材料(或材料組合)製成，在相關的波長範圍，傳遞足夠的光，允許傳遞能量之可感測量測。此種材料包括玻璃、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)及聚碳酸酯(PC).。面板1可設計為覆蓋或結合顯示器元件或監視器(未繪示)。

如圖1A所示，物體7相當靠近或接觸觸控表面4，去和觸碰點的傳播光相互作用。在此相互作用，部分的光可能被物體7散射，部分的光可能被物體7吸收，而部分的光可能以原本方向橫越面板1繼續傳播。因此，觸碰物體7造成全內反射之局部衰減，導致傳遞光的能量(或等同於功率或強度)降低，如同圖1A中觸碰物體7之細線順向指出。

圖1B描述觸控感測裝置100之示範實施例，基於受抑全內反射的原理。發射器2(在所有描述中，以空心圓形指出)沿著觸控表面4之周長分佈，在面板1底下，投影光到面板1，使得至少部分的光留在面板1內，在傳播通道藉由內反射傳播。偵測器3(在所有描述中，以空心方形指出)沿著觸控表面4周長分佈，在面板1底下，接收部分傳播光。由每個發射器2發出的光，在複數個光傳播路徑D，在面板1內因此會傳播到一些不同偵測器3。即使光傳播路徑D符合面板1內藉內反射傳播的光，概念上，光傳播路徑D可代表為”偵測線”，在成對的發射器2和偵測器3之間，穿越觸控表面4延展，如圖1B所示。因此，偵測線符合傳播路徑D在觸控表面4上的投影。因此，發射器2和偵測器3共同定義觸控表面4上偵測線D之網格(“偵測網格”)，如上視圖所示。在偵測網格上之交叉點間隔，定義裝置100之空間解析度，即觸控表面4上能偵測到的最小物體。

如在此使用，發射器2可為任何形式的元件，能在需求波長範圍發出輻射，例如，二極體雷射、垂直腔表面發射雷射(vertical-cavity surface-emitting laser)、發光二極體(light-emitting diode)、白熾燈、鹵素燈等等。發射器2也可由光纖末端形成。發射器2可在任意波長範圍產生光。下列的例子假設光在紅外光(IR)範圍產生，即超過約750奈米(nm)波長。類似地，偵測器3可為任何元件，能轉換光(在相同波長範圍)成電訊號，如光偵測器、CCD元件、CMOS元件等等。

偵測器3整體提供輸出訊號，由訊號處理器10接收和取樣。輸出訊號包含一些子訊號，也稱為”投影訊號”，每個代表來自特定光發射器2發出而由特定光偵測器3接收的光能量。視實作而定，為了分開個別投影訊號，訊號處理器10可能需要處理輸出訊號。投影訊號代表接收的光能量、強度或功率，由偵測器3在個別偵測線D上接收。無論何時，物體觸碰偵測線，偵測線上的接收能量會減少或”衰減”。

訊號處理器10裝配，去處理投影訊號，以便決定觸碰物體的性質，如位置(如圖1B中所示x及y座標系統)、形狀或面積。這決定基於衰減的偵測線，牽涉簡單的三角測量法，如US7432893及WO2010/015408所揭露，或更先進的處理去重造橫越觸控表面1衰減值(簡單的說，參照為”衰減圖形”)的分佈，其中每個衰減值代表局部光衰減程度。這衰減圖形的一個例子，如圖2之3D曲線圖所示，其中增加的衰減尖峰代表觸碰物體。衰減圖形可用訊號處理器10或分離元件(未繪示)進一步處理，去決定觸碰物體的位置、形狀或面積。如任何可用演算法產生衰減圖形，基於投影訊號值去影像重建，包含層析成像重建方法(Tomographic reconstruction method)，如濾波反投影(Filtered Back projection)、基於有限單元法(FET-based)之演算法、代數重建技巧(Algebraic Reconstruction Technique)、同步代數重建技巧(Simultaneous Algebraic Reconstruction Technique)等等。或者，轉換一個或多個基礎功能，與/或如Bayesian inversion的統計方法，去產生衰減圖形。此種重建功能的例子設計用於觸碰測定，在WO2009/077962、WO2011/049511、WO2011/139213、WO2012/050510及WO2013/062471中可找到，所有這些在此引入作為參考。

在敘述的例子中，裝置100也包含控制器12，連接到選擇性控制發射器2的啟動，且可能由偵測器3讀出資料。視實作而定，發射器2與/或偵測器3可依序或同時啟動，如WO2010/064983中所揭露。訊號處理器10和控制器12裝配為分離單元，或可合併為單個單元。一個或兩個訊號處理器10和控制器12至少部分由處理單元14執行軟體去履行。

圖3是習知基於受抑全內反射之觸控感測裝置100的剖面圖，其中光穿透材料的個別光學耦合進入組件30(繪示一個)，附著到面板1的後表面6，由個別發射器2發出的光發散光束，達到高度有效地鏡面耦合進入面板1。相應地，個別光學耦合離開組件32(繪示一個)，附著在後表面6，達到高度有效地鏡面耦合離開面板1到個別偵測器3上。為達到有效的光耦合，相對於耦合組件30、32，發射器2及偵測器3可能需要精準的裝設，在量產中較難達成。而且，由發射器2產生的光亮度輪廓，影響面板1內光的分佈結果，如在不同偵測線之間的光分佈。耦合組件30、32的使用，也增加了裝置100的重量和高度。

此外，個別耦合元件30、32的使用，典型造成偵測線(如上視圖所示)寬度(剖面)比鄰近耦合組件中心到中心距離還窄。這可能造成觸控表面4上偵測線不完全覆蓋。依據發射器2和偵測器3配置，橫越觸控表面4在垂直或水平對稱線，及在靠近耦合組件30、32的觸控表面4周圍，可明顯地看出不完全覆蓋。不完全覆蓋可能造成頻疊假象在重建的衰減圖形中發生，使觸碰確認更困難。此外，為減少系統成本，想要最少化電光元件2、3的數量，但是降低元件數量，會傾向增加偵測線之間的間隔，而可能因此放大重建假象。

根本上，本發明實施例採取不同方法，去產生偵測線。在一耦合進入實施例，如圖4A所示，每個發射器2佈置，光學上面對面板1，且擴散板40附著到前表面5，在觸控表面4周邊相對於發射器2，在此例中，在面板1邊緣。擴散板40藉擴散反射，散射由發射器2發出的入射光進入面板1。如同技術人員所習知，”擴散反射”參照為由一表面光的反射，使得入射光束在很多角度反射，而不是只在”鏡面反射”的一個角度。因此，擴散反射組件當照光時，在組件上每個位置超過一很大角度，會由反射發出光。由圖上的環繞光束42指出擴散反射光。擴散反射也習知為”散射”。因此，擴散板40作用像光源(“第二光源”)，位在面板1內，和傳播通道接觸，發出擴散光。第二光源因此定義偵測線的真實來源，偵測線由個別發射器2發出的光所產生。既然擴散板40或多或少隨機地重新分佈入射光，發射器2光度輪廓的重要性就降低，或甚至消除。這意謂著擴散板40對不同型式的發射器2，及在發射器2和擴散板40之間許多不同相對位置，具有作為第二光源的能力，只要由發射器2發出的光以適當範圍及適當位置，入射到擴散板40。擴散板40的使用，也使裝置100小巧設計成為可能。如圖4A所示，發射器2佈置在連接基板45，如印刷電路板(PCB)上，設計去供應電力和傳遞控制訊號到發射器2。在圖4A，發射器2佈置為光學上面向面板1，且因此PCB 45沿著後表面6可佈置成平的。此外，擴散板40可設置如薄塗佈，本質上和前表面5齊平。

本質上，擴散板40可裝配，如理想的擴散反射板，也習知為朗伯(Lambertian)或近朗伯擴散板，圍繞擴散板40的一個半球中，在所有方向上產生相同照度。很多固有擴散材料可形成近朗伯擴散板。在一替代，擴散板40可為所謂的工程擴散板，如全像擴散板。工程擴散板也可裝配為朗伯擴散板。在一變形，量身訂作工程擴散板，在外圍半球特定方向，去增進擴散反射，特別是在面板1之輻射傳播通道內，能維持全內反射的角度。也有固有擴散材料，在特定方向增進擴散反射，及佈置在面板1上去形成擴散板40。

很多材料顯示擴散和鏡面反射的組合。在圖4A的設置中，任何由擴散板40鏡面反射的光，會經由後表面6離開面板1，且造成耦合損失。因此對擴散板40而言，最佳的是擴散和鏡面反射之間高度相關。至少對較小的觸控表面，當至少反射光的百分之五十是擴散反射，目前相信可達到合理效能。最佳地，擴散板40設計去反射入射光，使得至少約60%、70%、80%、90%、95%或99%的反射光是擴散反射。

擴散板40可如塗佈、層或膜層實施，施加在前表面5，如藉由塗料、噴塗、貼合、黏合等等。在一實施例，擴散板40可施行如硫碴白色塗料或墨水，施加在前表面5。為了達到更高的擴散反射率，塗料/墨水最佳地包含具高折射率的色素。此種色素之一是二氧化鈦，具有折射率n=2.8。若需求，如減少菲涅耳(Fresnel)損耗，使塗料填充劑與/或塗料媒介物的折射率，符合前表面之表面材料的折射率。藉由使用道氏化學公司提供的EVOQUE^TM Pre-Composite Polymer Technology，塗料特性可進一步改進。

有很多其他可買到的塗佈材料可用作擴散板，如氟聚合物Spectralon、聚胺基甲酸酯塗料(polyurethane enamel)、硫酸結鋇核基體塗料(barium-sulphate-based)或溶劑、粒狀聚四氟乙烯(granular PTFE)、微孔性聚酯(microporous polyester)、GORE®擴散反射器產品(Diffuse Reflector Product)、由Bayer AG公司提供Makrofol®聚碳酸酯膜(polycarbonate films)等等。

或者，擴散板40以平板或片型元件實施，如上述工程擴散板或白紙，用黏著劑附著到前表面5。根據其他替代，擴散板40以半隨機(非週期性)微結構實施在前表面5裡面或上面，以反射材料疊加塗佈。微結構可如由蝕刻、浮花壓製、模造、噴砂等等提供。在另一替代，擴散板40可為光穿透(如光穿透擴散材料或光穿透工程擴散板)，且覆蓋以反射材料塗佈。

在一耦合離開的實施例，如圖4B所示，每個偵測器3佈置，為光學上面向面板1，且擴散板40相對於偵測器3，在觸控表面4周邊附著到前表面5，在此例中，在面板1邊緣。擴散板40由擴散反射，散射入射的傳播光，藉此至少部分的擴散散射光進入偵測器3。或者，每個擴散板40作用如同光源(“第二光源”)，擴散發出被偵測器3接收的”偵測光”。偵測線由發射器2橫越觸控表面4，第二光源因此定義偵測線的方向。圖4B中的擴散板40，可以圖4A中擴散板40相同方式裝配，去獲得相應的優點。在此敘述的實施例，偵測器3附著到PCB 45，設計去供應電力及由偵測器3傳遞量測資料。擴散板40的使用，允許偵測器3光學上面向面板1，且PCB 45併排在後表面6，佈置成平的。

需了解裝置100可實施擴散耦合技巧，只為耦合進入(或耦合離開)。當應用習知耦合技巧為耦合離開(或耦合進入)時，如由圖3所示之專屬耦合組件，直接附著在前表面或後表面，或如同背景章節討論，經由邊緣表面光學耦合。然而，可藉由實施擴散耦合技巧，為耦合進入或耦合離開兩者(在下面稱為”組合擴散耦合”)，達到額外技術優點。至少，裝置100的組裝可進一步便利，且更適合量產。消除專屬光學耦合組件，可降低成本、重量和厚度。此外，相同(或類似)擴散板40可用為耦合進入或耦合離開兩者，相對於面板，可降低放置發射器及偵測器工差的影響。

組合擴散耦合另一個技術優點，面板1具有沿著觸控表面4一側及相同側配置的電光元件(發射器2、偵測器3或兩者)之序列，面板1能行簡單光耦合。此外，如需要，可產生較寬的偵測線D，如去造成鄰近元件2、3的偵測線D部分重疊。更進一步，如需要，在面板1下，元件2、3可佈置成彼此很靠近，以達到適當的光耦合進入和耦合離開。

在第一實施例，具有組合耦合擴散，擴散板40以擴散反射材料的同調帶或長條實施，沿著觸控表面4周長外側部分延展，且發射器2和偵測器3在面板1下，沿著長條40的範圍佈置。第一實施例的一個例子，如圖5A平面圖所示。發射器2及偵測器3在觸控表面4整個周長附近交替，且長條40形成觸控表面4附近的一框架。為了方便描述，發射器2和偵測器3透過長條40變成可見的。圖5A也大略地指出，在方形觸控表面4一側的一發射器2和觸控表面4另一側的偵測器3之間，定義偵測線D。

圖5B是圖5A面板的放大圖，且繪示在長條40下，一發射器2及一偵測器3。虛線50指出，被發射器2照射的長條40區域，且因此定義光來源的區域，沿著相關的偵測線(未繪示)傳播。類似地，虛線52指出在長條40上偵測器3觀點的場投影，且因此在相關的偵測線(未繪示)上，定義由偵測器3接收光來源的區域。因此，藉由控制長條40上投影區域50、52的重疊，發覺關於圖5B中鄰近發射器2和偵測器3的偵測線可能被移至部分重疊。偵測線的剖面以此種方式創造，有寬且長的尾端，在隔壁元件2、3的偵測線之間重疊。因此，將偵測線變寬，可改善觸控表面4的覆蓋率。變寬的偵測線有效的對應到投影訊號的低通濾波，可能減少重建的假象。

關於面板1，同調的長條40也具有減少元件2、3裝設工差的優點，既然只要投影區域50、52落在長條40，偵測線就會被定義。

圖5A中同調長條40的一個潛在缺點，如果傳播光在各別的投影區域50、52外邊，入射到長條40，在長條40的法線N(在面板1的平面)呈大角度φ延展的偵測線D，會展示較差的轉移效率。每個入射會造成光的擴散反射，因此傳播光損失。此現象進一步描述在圖5C中，其中由發射器2的投影區域50初始，且沿著兩偵測線D由內反射傳播的光，在投影區域50之外的三個位置56，會反抗長條40而散射。明瞭此”自散射現象”主要影響延展靠近及沿著觸控表面4(參見圖5A)邊緣的偵測線D，可能造成這些區域效能較差。

可用具有組合擴散耦合的第二實施例，克服自散射，其中擴散板40裝配，如前表面5上擴散材料的點。最佳地，點40為橢圓形，如近乎圓形，雖然也可理解其他形狀，如多邊形。圖6A是施行第二實施例之裝置100角落部分的上視圖。為方便描述，發射器2和偵測器3在點40下變成可見，點40因此直接位在各別的發射器/偵測器上。發覺使用有限的和空間中分離的點40，會減少偵測線D上自散射的影響，偵測線D靠近或沿著觸控表面4邊緣延展。

在此特定例子，在偵測器3上之點40大於發射器2上之點40，是為了增加偵測效率。其他組態也是可能的。一般地，當最小化自散射的影響時，可藉偵測線最大化相對觸控表面4的覆蓋率，最佳化點40的分佈和大小。

圖6B描述一變形，其中鄰近的點40佈置為部分重疊，仍減少自散射的量。此變形可視為圖5A中長條及圖6A中分離點的混合，既然為減少自散射，重疊的點40有效地形成同調長條，具有朝向觸控表面有起伏的邊界。事實上，如同附著到面板1的同調長條，可實行重疊的點。

為最佳化耦合效率，投影區域50、52可符合各別點40的範圍。然而，完美的結合可能引入不想要地嚴格工差要求，如關於個別的元件2、3效能，及元件2、3的放置。此外，當觸控表面4被觸碰時，在面板1和元件2、3之間的距離輕微改變，會造成投影區域50、52大小的變化，且因此改變投影訊號。名義上，可能因此希望去確認發射器2的投影區域50(光束點)，小於且包含在各別點40內，且偵測器3的投影區域52大於且包含於各別點40。

圖7A至圖7D描述圖4A中耦合進入實施例的修改。

在圖7A，屏蔽70施加在擴散板40頂面，由視圖去保護及隱藏擴散板40，且由視圖也隱藏裝置100內部結構。屏蔽70可如塗佈去實施，且對可見光非穿透(不透明)。屏蔽70也可設計去阻擋IR區域之周圍光。最佳地，屏蔽70在面板1邊緣觸控表面4附近，延展如同框架。當擴散板40裝設如同調長條(圖5)，此種屏蔽框架可簡單佈置在長條頂面。當擴散板40裝設如點(圖6)，鏡面反射塗佈可能施加在點之間的前表面5，且可能在點上，在屏蔽框架70下，以便去沿著偵測線維持光內部傳播。或者，鏡面反射塗佈可省略，且屏蔽70可由具有雙功能的材料製成，當維持內反射時阻擋可見光。一種此材料是鑽石型碳(DLC)自身的任何形式。DLC阻擋可見光，傳遞IR光，且折射率在IR波長區域大約n=2，典型高於面板材料的折射率。意謂一個角度的光，在面板1內橫越觸控表面4由全內反射維持傳播，當入射在點之外DLC材料的屏蔽框架70，會進入DLC材料，且在頂面DLC-空氣界面由全內反射反射，且接著再次進入及繼續在面板1內傳播。同時，DLC材料會保護點40，且由視圖隱藏。使用DLC塗佈進一步的利益，是在點之間框架70上的觸碰會衰減傳播光，且因此增加觸控表面4的範圍。

在圖7B，一環狀反射元件72施加到後表面6，去定義中心開口或孔洞72’，容許由發射器2發出的光進入面板1。在背向後表面6的方向，無法以全內反射橫越觸控表面4傳播的角度，光被擴散板40擴散反射，環狀反射元件72佈置，藉擴散與/或鏡面反射，去回收一部分的光。元件72因此在發射器2附近定義一回收遮罩，如面板1平面圖所示，且操作去增加耦合效率。

在圖7C，周邊屏蔽74施加到後表面6，位在和觸控表面4邊緣部份同一地點。周邊屏蔽74作為隱藏顯示器或螢幕(未繪示)邊緣，可裝設在面板1下。周邊屏蔽74可以塗佈實行，且對可見光為非穿透(不透明)。合適的材料包括黑色塗料和黑色鉻。

在圖7D，在遠離觸控表面4的方向(圖7D中的左方)，光被擴散板40擴散反射，在面板1邊緣表面上，設置反射邊緣元件76，如藉由回收部分的光，去增加耦合進入的效率。為了擴散反射，裝配反射邊緣元件76，可佈置為經由後表面6，直接接收由發射器2投影到面板1之部分的光。在一變形，元件76主要裝設為鏡面反射。元件76可有額外功能，阻擋經由周圍表面的周圍光進入。使用元件76和環狀反射元件72(未繪示)的組合具優勢。在一變形，設計去提供擴散反射光的有限來源，元件76替代光吸收。此種吸收邊緣元件76以材料塗佈實行，吸收由發射器2發出的光。合適的光吸收元件包含黑色塗料和黑色鉻。

在圖7D的一個變形，省略擴散板40，且可能也省略元件72，及反射邊緣元件76裝配為擴散反射。因此，反射邊緣元件76具有擴散板40的功能，當被由發射器2發出的光照射時，形成擴散發出光的第二光源，且為定義偵測線的真實來源，偵測線由各別的發射器2發出的光所產生。前述擴散板 40性質的敘述，等同地可應用到元件76。

圖8A至圖8E描述圖4B中耦合離開實施例的修改。

在圖8A，屏蔽70以圖7A中屏蔽70相同方式及相同目的，施加在擴散板40的頂面。然而，在耦合離開的實施例，期望去設計屏蔽70，去阻擋或抑制在偵測器3感測波長區域的周圍光。

在圖8B，環狀吸收元件82施加在後表面6，去定義中心窗區或孔洞82’，容許由擴散板40擴散反射的光到偵測器3上。環狀吸收元件82佈置，減少雜散光及抵達偵測器3周圍光的數量。元件82因此在偵測器3附近定義一屏蔽遮罩，如面板1平面圖所示。元件82以材料塗佈實行，吸收雜散光和周圍光的相關波長，如在可見光或IR區域。合適的材料包含黑色塗料和黑色鉻。如圖8B所示，元件82可延展去重疊觸控表面4的邊緣部份，因此展現如圖7C中周邊屏蔽74相同的功能。

在圖8C，反射邊緣元件76設置在面板1邊緣表面上，如圖7D中反射邊緣元件76相同的方式和相同的目的。

在圖8C的變形中，省略擴散板40，且可能也省略元件82，及反射邊緣元件76裝配為擴散反射。因此，反射邊緣元件76具有擴散板40的功能，當被傳播光照射時，形成擴散發出偵測光的第二光源，被偵測器3接收。

在圖8D，吸收邊緣元件84設置在面板1邊緣表面，去減少雜散光和抵達偵測器3的周圍光數量。元件84可以如元件82相同的材料實行。

為減少對周圍光的敏感度，施加周圍光抑制濾波器90到後表面6與/或偵測器3頂面，具優勢。圖8E是一個示意繪示的例子。濾波器90可為波長濾波器，裝配只傳遞發射器2輻射的波長，與/或角濾波器，裝配只傳遞由疊加擴散板40方向來的入射光。

需了解相對於圖7A至圖7D及圖8A至圖8E描述的每個修改，可單獨使用，或和一個或多個其他修改組合使用。圖9是一個組合的例子，是裝置100角落部分的上視圖，實施屏蔽70、環狀反射元件72、環狀吸收元件82及反射邊緣元件76，和擴散板40一起，擴散板40裝配如同調框架。為了描述方便，擴散板40及疊加屏蔽70已經被移除，且以點線繪出。

在前述的例子，發射器2和偵測器3在後表面6以一空氣間隔裝設。空氣間隔的供給可便利組裝，且面板1和偵測器3之間的空氣間隔可進一步減少對周圍光的敏感度。在一替代(未繪示)，為了增加光學耦合的效率，空氣間隔被一光學穿透凝膠、膠或類似的填充材料取代。在發射器2和面板1之間，填充材料的使用可允許由發射器2產生的部分的光，以維持全內反射傳播的角度進入面板1，使得傳播光包含擴散反射光和發射器2直接發出的光兩者。類似地，在面板1和偵測器2之間，使用填充材料，除了擴散反射光之外，可允許面板內部分傳播光，直接耦合離開面板1到偵測器2上。

參照一些實施例，已在上主要地描述本發明。然而，如相關領域之技術人員易理解，除了上述揭露的實施例，在本發明範圍和精神之內，其他實施例可同樣可行，本發明只被附加的申請專利範圍定義和限制。

例如，如前述描述和討論發射器和偵測器特定的佈置，僅作為例子。在任何由傳遞光來操作的觸控感測系統中，在光穿透面板內由一些發射器產生的傳遞光，及一些偵測器偵測的傳遞光，在觸碰點因和傳遞光相互作用，導致接收光的變化，發明的耦合結構都是有用的。