光學(xué)接近傳感器的制造方法
【專利說明】
[0001] 巧關(guān)申請(qǐng)的香叉參考
[0002] 本申請(qǐng)要求W下申請(qǐng)的優(yōu)先權(quán)：
[0003] ?美國臨時(shí)專利申請(qǐng)No. 61/828, 713,名稱為"應(yīng)用反射光的光學(xué)觸感屏幕系統(tǒng)"， 它由發(fā)明人PerRosen邑ren,LarsSparf,ErikRosengren^RThomasEriksson于 2013 年 5月30日遞交；
[0004] ?美國臨時(shí)專利申請(qǐng)No. 61/838, 296,名稱為"應(yīng)用反射光的光學(xué)游戲配件"， 它由發(fā)明人PerRosen邑ren,LarsSp曰rf,ErikRosen邑ren,ThomasEriksson,Joseph 化ain,StefanHolmgren,JohnKarlsson和RemoBehdasht于 2013 年 6 月 23 日遞交；
[0005] ?美國臨時(shí)專利申請(qǐng)No. 61/846, 089,名稱為"用于手提電腦的接近傳感器W及 關(guān)聯(lián)的用戶接口 "，它由發(fā)明人化chardBerglind,ThomasEriksson,SimonFellin,F*er Rosengren,LarsSparf,ErikRosengren,JosephShain,StefanHolmgren,JohnKarlsson 和RemoBehdasht于2013年7月15日遞交；
[0006] ?美國臨時(shí)專利申請(qǐng)No. 61/929, 992,名稱為"云游戲用戶接口 "，它由發(fā) 明人ThomasEriksson,StefanHolmgren,JohnKarlsson,RemoBehdasht,Erik Rosengren,LarsSparf和AlexanderJubner于 2014 年I月 22 日遞交；
[0007] ?美國臨時(shí)專利申請(qǐng)No.61/972,435,名稱為"光學(xué)觸感屏幕系統(tǒng)"，它由發(fā)明 人SairamIyer,KarlErikPatrikNordsIrOm,PerRosengren,StefanHolmgren,Erik Rosengren,Robe;rtF*ettersson,LarsSparf和HiomasE；;r;Lksson于 2014 年 3 月 30 日遞 交；
[0008] ?美國臨時(shí)專利申請(qǐng)No. 61/986, 341，名稱為"光學(xué)觸感屏幕系統(tǒng)"，它由發(fā)明 人SairamIyer,KarlErikPatrikNord如'dm，LarsSparf,PerRosengren,Erik Rosengren,ThomasEriksson,AlexanderJubner和JosephShain于 2014 年 4 月 30 日遞 交；化及
[0009] ?美國專利申請(qǐng)No. 14/140,635,名稱為"光基接近檢測系統(tǒng)和用戶接口"，它由 發(fā)明人化加1曰8E；;r;Lksson和StefanHolmgren于2013年12月26日遞交。
[0010] 運(yùn)些申請(qǐng)的內(nèi)容通過參考的方式全文結(jié)合在運(yùn)里。
技術(shù)領(lǐng)域
[0011] 本發(fā)明的領(lǐng)域是光基觸感屏幕。
【背景技術(shù)】
[0012] 如今許多消費(fèi)型電子設(shè)備都構(gòu)建有觸敏式屏幕，用于手指或觸針的接觸式用戶輸 入。運(yùn)些設(shè)備從小型屏幕設(shè)備（諸如移動(dòng)式電話）和汽車娛樂系統(tǒng)，到中等尺寸的屏幕設(shè) 備（諸如筆記本電腦），再到大屏幕設(shè)備（諸如機(jī)場的登記站）。
[0013] 本發(fā)明設(shè)及光基觸感屏幕?，F(xiàn)有技術(shù)的光基觸感屏幕利用光發(fā)射器和光檢測器圍 繞屏幕的邊界，W便在屏幕表面的上方形成光束格柵。從上方接觸屏幕的物體阻擋所述光 束的相應(yīng)部分。
[0014] 參考圖1，它是具有16個(gè)L邸和16個(gè)PD的現(xiàn)有技術(shù)的光基觸感屏幕的圖表。圖 1中的屏幕100由沿著兩條邊的發(fā)射器130W及沿著其余兩條邊的光電二極管（PD)接收器 240圍繞，它們共同允許光束晶格覆蓋屏幕。
[0015] 現(xiàn)有技術(shù)的光基觸感屏幕的一個(gè)缺點(diǎn)是：需要沿著屏幕的所有四條邊容納多個(gè)光 發(fā)射器和光檢測器。運(yùn)個(gè)要求使得難W在不顯著改變電子設(shè)備的內(nèi)部部件的布局的情況下 在現(xiàn)有設(shè)備中添加光基接觸檢測。減少所需部件的數(shù)目W及允許將它們放置在有限區(qū)域中 而不是圍繞整個(gè)屏幕將是有利的。減少所需要的光發(fā)射器和光檢測器的總數(shù)目具有增加的 優(yōu)點(diǎn)：減少了物料清單度OM)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0016] 本發(fā)明的實(shí)施例提供了二維（2D)接觸檢測，其應(yīng)用交替的光發(fā)射器和檢測器的 一維陣列。本發(fā)明的其它實(shí)施例提供了 2D接觸檢測，其應(yīng)用僅沿著屏幕一條邊的光發(fā)射器 的一維陣列W及沿著屏幕相對(duì)邊的光檢測器的相對(duì)陣列。本發(fā)明還提供了基于與2D檢測 器相同原理的=維（3D)接觸式或盤旋式檢測器。
[0017] 因此根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例提供了一排交替的光發(fā)射器和檢測器。所述光發(fā)射器將 準(zhǔn)直光束垂直于所述排并且彼此平行地依次發(fā)射。所述光檢測器檢測已經(jīng)由插入到光束路 徑中的物體反射的來自發(fā)射器的光。每個(gè)檢測器檢測發(fā)射器光束平面中的光束，但是相對(duì) 于那些光束成固定的角度。檢測器檢測從發(fā)射器的光束反射的光，發(fā)射器與檢測器之間的 距離連同所述固定角度被用來通過=角測量確定反射物體的位置。
[0018] 另外根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例提供了沿著屏幕底邊的一排光發(fā)射器W及沿著屏幕頂 邊的一排光檢測器。每個(gè)光發(fā)射器發(fā)射由所有光檢測器檢測的非常寬的光束。接觸屏幕的 物體的X坐標(biāo)對(duì)應(yīng)于被阻擋光束，所述被阻擋光束平行于屏幕的側(cè)邊延伸。通過識(shí)別對(duì)角 的阻擋光束之間的交叉點(diǎn)而確定y坐標(biāo)。
[0019] 另外根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例提供了一種用于確定鄰近物體的二維坐標(biāo)的接近傳感 器，包括殼體；安裝在所述殼體中的多個(gè)光脈沖發(fā)射器，用于沿著檢測平面將光發(fā)射出所述 殼體；安裝在所述殼體中的多個(gè)主光檢測器，用于檢測由所述發(fā)射器發(fā)射的光線通過所述 檢測平面中的反射物體的反射；多個(gè)主透鏡，其在所述殼體中相對(duì)于所述發(fā)射器和主檢測 器安裝和取向的方式使得對(duì)于每一個(gè)發(fā)射器-檢測器對(duì)，當(dāng)所述物體在檢測平面的一組主 位置當(dāng)中位于與那個(gè)發(fā)射器-檢測器對(duì)相關(guān)聯(lián)的一個(gè)二維位置時(shí)，由該對(duì)中的發(fā)射器所發(fā) 射的光線穿過其中一個(gè)主透鏡并且由所述物體向后反射通過其中一個(gè)主透鏡到達(dá)該對(duì)中 的檢測器；W及與所述發(fā)射器及所述主檢測器連接的處理器，用于同步地共激活所述發(fā)射 器-檢測器對(duì)，并且構(gòu)造成通過W下方法計(jì)算物體在所述檢測平面中的二維位置：在共激 活的發(fā)射器-檢測器對(duì)中確定一個(gè)發(fā)射器-檢測器對(duì)，對(duì)于該發(fā)射器-檢測器對(duì)，檢測器檢 測最大量的光線，并且識(shí)別與其關(guān)聯(lián)的位置，確定與共激活的發(fā)射器-檢測器對(duì)相關(guān)聯(lián)并 且鄰近如此識(shí)別的位置的附加位置，W及計(jì)算如此識(shí)別的位置和如此確定的附加位置的加 權(quán)平均數(shù)，其中所述平均數(shù)中的每個(gè)位置的權(quán)重對(duì)應(yīng)于與那個(gè)位置關(guān)聯(lián)的發(fā)射器-檢測器 對(duì)的反射光束的檢測程度。
[0020] 根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例又提供了一種用于確定手指沿著滑塊控件的定向運(yùn)動(dòng)的接 近傳感器，包括：殼體；多層光透射蓋，其安裝在所述殼體中并且具有用于滑塊控件的暴露 的上表面，其中所述蓋的各層之間的邊界包括由不透明或反射部分離的光透射部的圖案， 其中所述光透射部或者所述不透明或反射部的尺寸橫穿所述圖案增大；安裝在所述殼體中 的光脈沖發(fā)射器，用于將光發(fā)射到所述蓋的上層中，所發(fā)射的光通過全內(nèi)反射（TIR)被約 束至所述上層，其中接觸所述暴露的上表面的手指阻曉所述TIR光，從而使得所述光的一 部分穿過所述圖案中的光透射部進(jìn)入位于所述上層的下面并且與上層通過圖案分隔的第 二層中，所述進(jìn)入第二層的光的部分與接觸所述暴露上表面的手指下面的光透射部的尺寸 相對(duì)應(yīng)；安裝在所述殼體中的光檢測器，用于檢測所述第二層中的光的強(qiáng)度；W及與所述 光檢測器連接的處理器，用于確定所述物體穿過所述圖案的定向運(yùn)動(dòng)，其中所述運(yùn)動(dòng)方向 對(duì)應(yīng)于所述光檢測器隨著時(shí)間推移檢測到增加序列的還是降低序列的檢測光強(qiáng)度。
[0021] 根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例還提供了一種用于確定物體沿著滑塊控件的定向運(yùn)動(dòng)的接 近傳感器，包括：殼體；光透射蓋，其安裝在所述殼體中并且具有用于滑塊控件的暴露的上 表面，所述蓋包括由不透明或反射部分離的光透射部的圖案，其中所述光透射部或者所述 不透明或反射部的尺寸橫穿所述圖案增大；安裝在所述殼體中的光脈沖發(fā)射器，用于在所 述蓋的上方發(fā)射光；安裝在所述殼體中的光檢測器，用于檢測通過反射物體反射到所述蓋 中的發(fā)射光的強(qiáng)度，其中由所述物體反射到所述蓋中的光的量取決于所述物體下方的光透 射部的尺寸；W及與所述光檢測器連接的處理器，用于確定所述物體穿過所述圖案的定向 運(yùn)動(dòng)，其中所述運(yùn)動(dòng)方向?qū)?yīng)于所述光檢測器隨著時(shí)間推移檢測到增加序列的還是降低序 列的檢測光強(qiáng)度。
[0022] 另外根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例提供了一種手持式電子游戲設(shè)備，包括：殼體；安裝在 所述殼體中的通信器，用于與網(wǎng)絡(luò)游戲服務(wù)器通訊；安裝在所述殼體中的顯示器，用于呈現(xiàn) 由所述通信器從所述游戲服務(wù)器接收的游戲用戶接口的一部分；W及安裝在所述殼體中并 且與所述通信器連接的傳感器，用于檢測放置在附近的第二游戲設(shè)備，其中所述通信器傳 達(dá)由所述傳感器提供給所述游戲服務(wù)器的關(guān)于附近第二游戲設(shè)備的檢測信息。
[0023] 另外根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例提供了一種網(wǎng)絡(luò)游戲系統(tǒng)，包括：網(wǎng)絡(luò)游戲服務(wù)器；W 及多于一個(gè)的多個(gè)游戲設(shè)備，每個(gè)游戲設(shè)備是與所述游戲服務(wù)器通訊的手持式電子游戲設(shè) 備，每個(gè)游戲設(shè)備包括：殼體；用于與所述游戲服務(wù)器通訊的通信器；安裝在所述殼體中的 顯示器，用于呈現(xiàn)由所述通信器從所述游戲服務(wù)器接收的游戲用戶接口扣I)的相應(yīng)部分； W及安裝在所述殼體中并且與所述通信器連接的傳感器，用于檢測鄰近游戲設(shè)備的存在； 其中所述游戲服務(wù)器基于所述游戲設(shè)備的數(shù)目確定所述游戲UI的每個(gè)相應(yīng)部分的尺寸。
【附圖說明】
[0024] 通過結(jié)合附圖進(jìn)行的W下詳細(xì)說明，本發(fā)明將被更加充分地理解和認(rèn)識(shí)，其中：
[0025] 圖1是具有16個(gè)LED和16個(gè)PD的現(xiàn)有技術(shù)光基觸感屏幕的圖表；
[0026] 圖2是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的接近傳感器的簡化視圖，所述接近傳感器用于檢測物 體在二維檢測區(qū)域中的二維坐標(biāo)；
[0027] 圖3是應(yīng)用根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的圖2的接近傳感器的觸感屏幕系統(tǒng)的簡化視圖；
[0028] 圖4和圖5是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的光學(xué)接近傳感器的分解視圖；
[0029] 圖6是從根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的光學(xué)接近傳感器的上方看的視圖；
[0030] 圖7-12是用在根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的光學(xué)接近傳感器中的發(fā)射的和反射的光束的 簡化視圖；
[0031] 圖13和圖14是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的接觸檢測圖的視圖；
[0032] 圖15是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的具有交替的發(fā)射器和檢測器的透鏡陣列的簡化視 圖；
[0033] 圖16-18是用于顯示算法的簡化的接觸檢測圖，所述算法應(yīng)用根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例 的光學(xué)接近傳感器計(jì)算接觸位置；
[0034] 圖19顯示了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的檢測信號(hào)的插入；
[0035] 圖20顯示了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的霍夫變換；
[0036] 圖21是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的檢測圖；
[0037] 圖22和圖23(a)-訊是用于根據(jù)本發(fā)明的各種觸感屏幕系統(tǒng)實(shí)施例的簡化的接 觸檢測圖；
[0038] 圖24和25是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的雙分辨率傳感器的簡化視圖；
[0039] 圖26(a)和26(b)是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的用在雙分辨率傳感器中的兩個(gè)檢測圖的 簡化視圖；
[0040] 圖27是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的從用于雙分辨率傳感器的PCB上的L邸和PD上方看 的簡化視圖；
[0041] 圖28是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的雙分辨率傳感器的簡化橫截面視圖；
[0042] 圖29是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的雙顯示器筆記本電腦的簡化視圖；
[0043] 圖30是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的雙顯示器筆記本電腦的一部分的簡化視圖；
[0044] 圖31是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的PC的簡化視圖；
[004引圖32是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的圖31的PC的鍵盤的簡化視圖；
[0046] 圖33是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的PC跟蹤板的簡化視圖；
[0047] 圖34是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的透明PC鍵盤的簡化視圖；
[0048] 圖35是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的圖24的透明鍵盤的簡化側(cè)透視圖；
[0049] 圖36是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的提供鍵盤和GUI功能的次顯示器的簡化視圖；
[0050] 圖37是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的筆記本電腦鍵盤的簡化視圖；
[0051] 圖38是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的圖37的筆記本電腦鍵盤的簡化橫截面；
[0052] 圖39是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的具有接近傳感器的PC的簡化視圖，所述接近傳感器 用于檢測接近顯示器的側(cè)邊的揮手手勢(shì)；
[0053] 圖40是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的示例性四按鈕按鍵底架的=個(gè)視圖的簡化圖，所述 四按鈕按鍵底架位于觸摸板的虛擬按鍵部的上方；
[0054] 圖41是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的示例性四按鈕按鍵底架的橫截面的簡化圖，所述四 按鈕按鍵底架位于觸摸板的虛擬按鍵部的上方；
[005引圖42(a)-42(c)是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的被釋放及壓下的彈黃彈性鍵的簡化視圖； [005引圖43 (a)和43化）是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的由伸縮性的彈性材料（諸如橡膠）構(gòu)成 的按鈕橫截面的簡化視圖；
[0057] 圖44(a)-44(c)是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的替換按鈕構(gòu)造的簡化視圖；
[0058] 圖45是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的位于鍵盤顯示器與光纖面板鍵之間的微透鏡陣列的 布置的簡化視圖；
[0059] 圖46是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的鍵或按鈕的簡化視圖；
[0060] 圖47是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的滑塊控件的簡化視圖；
[0061] 圖48是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的應(yīng)用圖47的滑塊控件的各種手勢(shì)檢測圖案的簡化視 圖；
[0062] 圖49是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的替換的滑塊控件的簡化視圖；
[0063] 圖50-53是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的游戲配件的簡化視圖；
[0064] 圖54是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的應(yīng)用多個(gè)光學(xué)接近傳感器的=維傳感器的簡化視 圖；
[0065] 圖55是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的具有用于與網(wǎng)絡(luò)游戲服務(wù)器通訊的通信器的手持式 電子游戲設(shè)備的簡化視圖；
[0066] 圖56是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的在手持機(jī)上提供的網(wǎng)絡(luò)游戲的簡化視圖；
[0067] 圖57是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的兩個(gè)手持機(jī)的簡化視圖，所述兩個(gè)手持機(jī)一起使用 W提供網(wǎng)絡(luò)游戲；
[0068] 圖58是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的用于網(wǎng)絡(luò)游戲的雙面板顯示器的簡化視圖，所述顯 示器由兩個(gè)手持機(jī)組成；
[0069] 圖59是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的用于網(wǎng)絡(luò)游戲的四面板顯示器的簡化視圖，所述顯 示器由四個(gè)手持機(jī)組成；W及
[0070] 圖60是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的圖59的四游戲設(shè)備的構(gòu)造的簡化視圖，藉此按照由 傳感器檢測到的并且傳達(dá)至游戲服務(wù)器的每個(gè)顯示器的相對(duì)位置和方位，在四個(gè)顯示器中 分配游戲GUI。
[0071] W下表格將編號(hào)元件進(jìn)行編目，并且列舉了每個(gè)編號(hào)元件所出現(xiàn)的視圖。類似編 號(hào)的元件表示相同類型的元件，但是它們不必是相同的元件。
[0072]




【具體實(shí)施方式】
[0076] 本發(fā)明的各個(gè)方面設(shè)及光基觸感屏幕和光基觸摸表面。在整篇說明書中，術(shù)語"觸 感屏幕"包括不包含電子顯示器的觸摸表面，尤其是，如許多手提電腦W及手持式裝置后蓋 中所包括的鼠標(biāo)觸摸板。它還包括與本發(fā)明提供的傳感器郵鄰的沒圍起來的空間。
[0077] 根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，光基接觸式傳感器包括沿著檢測平面的一個(gè)邊緣布置的多 個(gè)紅外或近紅外發(fā)光二極管（LE化）W及多個(gè)光電二極管。在一些實(shí)施例中，所述檢測平面 是觸感屏幕的表面或者接口區(qū)域，如上所限定的。L邸沿著檢測平面發(fā)射準(zhǔn)直光，并且當(dāng)該 光由所插入的物體（諸如手指或者觸針）反射時(shí)，被反射的光由PD檢測。通過S角測量， 激活的L邸和