檢測(cè)反射光的PD的位置的幾何形狀足W確定指示器在檢測(cè)區(qū)域中的二維坐 標(biāo)。L邸和PD選擇性地由處理器激活。通常，每個(gè)L邸和PD具有輸入/輸出連接器，并且 信號(hào)被發(fā)送W便確定哪個(gè)L邸和哪個(gè)PD被激活。
[0078] 參照?qǐng)D2,它是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的接近傳感器的簡(jiǎn)化視圖，所述接近傳感器用于 檢測(cè)物體在二維檢測(cè)區(qū)域中的二維坐標(biāo)。圖2顯示了接近傳感器512,其特征是沿著底邊的 一排交替的發(fā)射器和檢測(cè)器、沿著頂邊的透鏡陣列312W及位于左邊上的處理器702。沒(méi) 有對(duì)所有的發(fā)射器和檢測(cè)器進(jìn)行編號(hào)，W便簡(jiǎn)化視圖。因此，在圖2中僅僅編號(hào)了發(fā)射器 101-103W及檢測(cè)器202-208。通過(guò)發(fā)射器101-103和檢測(cè)器206-208顯示了發(fā)射器和檢 測(cè)器的交替布置。
[0079] 每個(gè)發(fā)射器位于陣列312中的相應(yīng)準(zhǔn)直透鏡的光軸上。在圖2中，發(fā)射器101-103 被顯示為發(fā)射相應(yīng)的光束403-405。
[0080] 圖2還顯示了用于每個(gè)檢測(cè)器的反射光束。它們當(dāng)中的五個(gè)被編號(hào)為406-409和 413。陣列312中的每個(gè)透鏡將反射光傳送至與透鏡的發(fā)射器相鄰的兩個(gè)檢測(cè)器。例如，與 發(fā)射器102相對(duì)的透鏡將反射光束413引導(dǎo)到檢測(cè)器207上并且還將反射光束409引導(dǎo)到 檢測(cè)器208上。正如下面將要解釋的，沿著透鏡的物體平面定位所述檢測(cè)器，W便從W特定 角進(jìn)入透鏡的光束接收最大強(qiáng)度。運(yùn)使得能夠確定與每個(gè)發(fā)射器-檢測(cè)器對(duì)相對(duì)應(yīng)的二維 區(qū)域中的位置。在圖2中，運(yùn)些位置是發(fā)射光束與反射光束之間的交點(diǎn)。在圖2中，五個(gè)運(yùn) 樣的位置被編號(hào)為902-906。
[0081] 根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，通過(guò)處理器702每個(gè)發(fā)射器與每個(gè)檢測(cè)器同步地共激活。 如果在共激活期間檢測(cè)到反射光，則表明物體位于W下相應(yīng)的相交位置附化即：激活的發(fā) 射光束與對(duì)于共激活的檢測(cè)器的相應(yīng)反射光束之間的相交位置，如圖2所示。通過(guò)在共激 活的發(fā)射器-檢測(cè)器對(duì)當(dāng)中確定一發(fā)射器-檢測(cè)器對(duì)（對(duì)于該發(fā)射器-檢測(cè)器對(duì)，檢測(cè)器 檢測(cè)到最大量的光），W及通過(guò)識(shí)別與其關(guān)聯(lián)的位置，處理器702計(jì)算物體的坐標(biāo)。例如，對(duì) 于發(fā)射器-檢測(cè)器對(duì)102-202識(shí)別到最大檢測(cè)，即，當(dāng)沿著光束408反射發(fā)射光束404時(shí)。 與該檢測(cè)對(duì)應(yīng)的位置是檢測(cè)平面中的位置902。處理器702確定附加位置，該附加位置與共 激活的發(fā)射器-檢測(cè)器對(duì)相關(guān)聯(lián)并且鄰近所識(shí)別的最大檢測(cè)的位置，例如，相應(yīng)位置是903 的發(fā)射器-檢測(cè)器對(duì)102-203W及相應(yīng)位置是905的發(fā)射器-檢測(cè)器對(duì)101-202。也可W 應(yīng)用附加的檢測(cè)及它們的相應(yīng)位置，例如，與位置904和906相應(yīng)的檢巧U。處理器702計(jì)算 所識(shí)別的最大檢測(cè)的位置W及如此確定的附加位置的加權(quán)平均數(shù)，其中在所述平均數(shù)中每 個(gè)位置的權(quán)重對(duì)應(yīng)于針對(duì)與那個(gè)位置關(guān)聯(lián)的發(fā)射器-檢測(cè)器對(duì)的反射光束的檢測(cè)程度。
[0082] 處理器702可操作，W便與多于一個(gè)的檢測(cè)器同時(shí)地同步地共激活一個(gè)發(fā)射器。 在一些實(shí)施例中，處理器702應(yīng)用下面所描述的霍夫變換計(jì)算物體位置。
[0083] 諸如L邸等發(fā)射器W及諸如光電二極管（PD)等檢測(cè)器通常安裝在單獨(dú)的基片上 并且包封在單獨(dú)的透鏡蓋中。為了降低接近傳感器512的成本，在一些實(shí)施例中，發(fā)射器和 檢測(cè)器作為裸二極管安裝在接近傳感器512的PCB或者其它基片上，而沒(méi)有單獨(dú)的透鏡并 且沒(méi)有單獨(dú)的基片。透鏡陣列312用作運(yùn)些二極管的唯一透鏡。在運(yùn)種情況下，接近傳感 器512可W被當(dāng)做大的、多二極管部件。該部件可W被預(yù)先制造并且通過(guò)ODM或者通過(guò)終 端用戶插入到裝置中W提供接觸式檢測(cè)。
[0084] 例如，該部件能夠被放置在汽車窗戶的上面或者下面W便允許使用者在車窗上執(zhí) 行輕拍和手勢(shì)輸入。處理器702包括通信器處理器，例如，用于與汽車的立體聲音響或者使 用者的電話無(wú)線通訊的BLUETOOTHK。類似地。該部件能夠被放置在房間窗戶的上面或 下面或者放置在房間的墻壁上，W便允許使用者執(zhí)行在窗戶或墻壁上的輕拍和手勢(shì)輸入。 可W在窗戶玻璃上或者窗戶玻璃內(nèi)或者在墻壁上放置帶有數(shù)字和圖標(biāo)的透明紙片，W表明 用戶在每個(gè)位置的觸摸激活了什么輸入操作。
[0085] 在說(shuō)明書(shū)中，接近傳感器512也被稱作接觸式傳感器條501W及接觸式傳感器條 510。
[0086] 參照?qǐng)D3,它是應(yīng)用根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的接近傳感器512的觸感屏系統(tǒng)的簡(jiǎn)化圖 表。圖3顯示了接觸式傳感器條501，其檢測(cè)通過(guò)遙遠(yuǎn)物體901反射的光。接觸式傳感器條 501包括五個(gè)PD201-205。在每對(duì)PD之間插入LED。因此，在接觸式傳感器條501中具有 四個(gè)LED。然而，圖3中僅僅顯示了其中一個(gè)LED,即LED101。
[0087] 接觸式傳感器條501包括位于L邸和PD前面的導(dǎo)光管301，其執(zhí)行兩個(gè)功能：首 先，它校準(zhǔn)來(lái)自發(fā)光二極管的光并且將光發(fā)射穿過(guò)屏幕表面，如光束401所顯示的；其次， 它將W固定角度進(jìn)入導(dǎo)光管301的反射光402聚焦在光電二極管上。因此，導(dǎo)光管301包 括相連的一系列準(zhǔn)直透鏡，其中的透鏡302和303被顯示在圖2B中。透鏡302被顯示為校 準(zhǔn)發(fā)射器101的光束，透鏡303被顯示為將W特定的固定角進(jìn)入導(dǎo)光管301的反射光402 集中在光電二極管205上。
[008引參照?qǐng)D4和圖5,它們是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的接觸式檢測(cè)裝置的分解視圖。圖4顯 示了從上方觀察的接觸式傳感器條510的分解視圖。在頂部殼體部件601與底部殼體部件 602之間，顯示了PCB603和導(dǎo)光管310。PCB603具有一排交替的LED101和PD201，藉此 位于所述排的兩端的最外二極管是PD201。因此，在PCB603上具有交插有10個(gè)L邸的11 個(gè)PD。圖3還顯示了由10個(gè)準(zhǔn)直透鏡311形成的導(dǎo)光管310, 一個(gè)透鏡直接與每個(gè)L邸相 對(duì)。如上所述，每個(gè)準(zhǔn)直透鏡311執(zhí)行兩個(gè)功能：校準(zhǔn)離開(kāi)的光束W及將進(jìn)來(lái)的反射光束聚 焦在PD上。所述L邸位于它的相對(duì)透鏡的焦點(diǎn)處。每個(gè)PD距離該焦點(diǎn)的橫向偏離確保了 所述透鏡僅僅將位于窄的角度范圍內(nèi)的進(jìn)入光束引導(dǎo)到PD上。透鏡311上的入射角大于 或小于該窄的角度范圍的進(jìn)入光束被集中遠(yuǎn)離所述目標(biāo)PD。
[0089] 為了防止雜散LED光充滿相鄰的PD, -系列光阻擋件320-321將每個(gè)L邸與它的 相鄰PD隔開(kāi)。圖5顯示了從下面觀察的接觸式傳感器條510的另一個(gè)分解視圖。顯示所 述光阻擋件320和321從頂部外殼601的下側(cè)突出。
[0090] 參照?qǐng)D6,它是從根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的接觸式檢測(cè)裝置的上方看的視圖。圖6顯示 了從上方觀察的接觸式傳感器條510的視圖。圖6顯示了一排交替的LEDlOl和PD201，每 個(gè)二極管由阻擋件320和321隔離；與每個(gè)LEDlOl相對(duì)的透鏡311 ;W及用于按次序地激 活LEDlOl和PD201并用于接收PD檢測(cè)信號(hào)的控制器701?；赑D檢測(cè)信號(hào)執(zhí)行的觸摸計(jì) 算通過(guò)控制器701實(shí)施，或者卸載到一個(gè)單獨(dú)的處理單元（例如主機(jī)）上。
[0091] 參照?qǐng)D7-12,它們是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的用在觸感屏系統(tǒng)中的發(fā)射光束和反射光 束的簡(jiǎn)化視圖。圖7顯示了基于分別由PD210和PD211檢測(cè)的兩組反射光束411和412對(duì) 遠(yuǎn)方物體910的檢測(cè)。圖7顯示了如何通過(guò)PD210和PD211檢測(cè)來(lái)自一個(gè)發(fā)射器111的光 束。反射光束411和412均W-定角度進(jìn)入相應(yīng)的一個(gè)透鏡311，藉此所述透鏡將光束聚焦 在相應(yīng)的PD中。
[0092] 圖8顯示了用于透鏡311的設(shè)計(jì)考慮W及發(fā)射器101和PD201的放置。透鏡311 是非球面并且被優(yōu)化W便獲得平的圖像平面912W同時(shí)地維持在LEDlOl和PD201上的聚 焦。LEDlOl位于光軸上，中屯、在透鏡311上。點(diǎn)913是圖像平面912中的LEDlOl的圖像。 PD201位于視野的邊緣上。點(diǎn)914是圖像平面912中的PD201的圖像。在通過(guò)物體平面916 上的透鏡捕獲的圖像方面，LEDlOl是中屯、像素，PD201是位于所捕獲圖像的邊緣的像素。穿 過(guò)透鏡311的寬度看，由PD忍片的尺寸確定用于PD201的視野。在PD201的視野外側(cè)從一 個(gè)角度撞擊透鏡311的光線將在相同的平面916中形成圖像，但是在LEDlOl與PD201之間 的某處。因此，運(yùn)些光線不會(huì)被PD201所捕獲。
[0093] 發(fā)射器101光束420與反射的PD201光束421之間的角度915被選擇成與有效的 接觸檢測(cè)區(qū)域的預(yù)期形狀相符。當(dāng)所述有效的接觸檢測(cè)區(qū)域是方形時(shí)，角度915是方形一 半的對(duì)角，即：tani(l/2) >26.6。。當(dāng)視野深度比接觸式傳感器條的寬度更長(zhǎng)時(shí)，角度915 更小。
[0094] 圖9顯示了LEDlOl的側(cè)視圖，所述LEDlOl在屏幕911的表面的上方并穿過(guò)它發(fā) 射光束410。除了被透鏡311校準(zhǔn)外，光束410被稍微向上地引導(dǎo)，遠(yuǎn)離屏幕表面。運(yùn)就減 少了由屏幕911的表面反射的光的量，W便最大化用于接觸檢測(cè)的光。
[0095] 圖10顯示了從一個(gè)準(zhǔn)直透鏡311、發(fā)射器101和PD201的上方觀察的視圖。W光 束410和411的入射角之間的入射角接近透鏡311的反射光束被聚焦在位于發(fā)射器101與 PD201之間的位置。W比光束411更尖銳的入射角接近透鏡311的反射光束被聚焦在PD201 上方的位置。因此，所述透鏡和PD的布置確保了所述系統(tǒng)對(duì)于W特定角度進(jìn)入透鏡311的 反射光敏感。
[0096] 圖11從透視圖顯示了圖10中的透鏡和部件。
[0097] 圖12顯示了由物體910反射的光束411和412,所述物體距離接觸檢測(cè)條510為 距離3?；赑D和透鏡所配置的檢測(cè)角，如上所述，在PD210和211處產(chǎn)生最大的檢測(cè)信 號(hào)。因此，接觸位置被確定為與激活的發(fā)射器111相對(duì)，在距離3處。運(yùn)些坐標(biāo)容易被轉(zhuǎn)換 成x、y屏幕坐標(biāo)。如果例如接觸位置是沿著光束410但是距離接觸檢測(cè)條510為距離2,那 么最大檢測(cè)信號(hào)將到達(dá)PD212和213。類似地，如果接觸位置是沿著光束410但是距離接觸 檢測(cè)條510為距離1，那么最大檢測(cè)信號(hào)將到達(dá)PD214和215。更一般地，沿著發(fā)射光束的 每單位距離對(duì)應(yīng)于PD與發(fā)射器的偏離。因此，PD214和215與發(fā)射器111偏離為0,PD212 和213偏離是1，并且PD210和211偏離是2。通過(guò)光束411和412顯示右檢測(cè)角和左檢測(cè) 角。
[009引參照?qǐng)D13和14,它們是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的接觸檢測(cè)圖的視圖。圖13顯示了PD偏離，其映射到屏幕上相應(yīng)的接觸位置，用于來(lái)自發(fā)射器0-9的光束。在圖13中，PD偏離被 表示為傳感器偏離，發(fā)射器指數(shù)被表示為源指數(shù)。每個(gè)發(fā)射光束由開(kāi)始于其中一個(gè)源指數(shù) 的豎直線表示。在所映射的觸敏區(qū)域上的鉆石圖案的每個(gè)頂點(diǎn)對(duì)應(yīng)于平面上的接觸位置， 并且對(duì)角虛線表示W(wǎng)特定的右檢測(cè)角和左檢測(cè)角反射的光束。每個(gè)頂點(diǎn)的高度對(duì)應(yīng)于PD 與發(fā)射器的偏離。因此，盡管PD在一排中交織有發(fā)射器，但是為清楚起見(jiàn)PD偏離在圖13 中沿著第二軸線布置。
[0099] 在上述例子中，每個(gè)檢測(cè)器從兩個(gè)透鏡接收光束，并且位于第一透鏡的物體平面 中的第一位置處，在與第二透鏡的物體平面的相對(duì)位置。結(jié)果，它被定位成檢測(cè)相對(duì)于透鏡 光軸W角度0進(jìn)入第一透鏡的反射光束，W及相對(duì)于光軸W角度-0進(jìn)入第二透鏡的反射 光束。結(jié)果，與第一發(fā)射器-檢測(cè)器對(duì)關(guān)聯(lián)的許多位置也與第二發(fā)射器-檢測(cè)器對(duì)關(guān)聯(lián)。為 了提供與發(fā)射器-檢測(cè)器對(duì)關(guān)聯(lián)的更獨(dú)特的位置，檢測(cè)器被定位在相對(duì)于它的兩個(gè)透鏡非 對(duì)稱的位置。運(yùn)在圖15中被顯示。
[0100] 參照?qǐng)D15,它是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的具有交替的發(fā)射器和檢測(cè)器的透鏡陣列312 的簡(jiǎn)化視圖。圖15顯示了檢測(cè)器，它相對(duì)于透鏡陣列312的兩個(gè)透鏡處于兩個(gè)非對(duì)稱的相 對(duì)位置。因此，發(fā)射光束403由反射光束407和406在兩個(gè)不同的位置907和908相交。在 一些實(shí)施例中，每個(gè)檢測(cè)器位于它的透鏡的物體平面中的稍微不同的位置對(duì)上。運(yùn)就提供 了與發(fā)射器-檢測(cè)器對(duì)相關(guān)聯(lián)的非均勻的位置分布。
[0101] 接觸坐標(biāo)算法
[0102] 該部分詳細(xì)描述了被執(zhí)行W確定所跟蹤物體的位置的操作。如之前段落所解釋 的，對(duì)于每個(gè)激活的發(fā)射器，任何PD可W根據(jù)發(fā)射器和反射物體之間的距離接收聚焦的反 射光束。因此，對(duì)整個(gè)屏幕的掃描輸出了一個(gè)PD檢測(cè)數(shù)值表格，其中列對(duì)應(yīng)于LED,排對(duì)應(yīng) 于PD。因此，對(duì)于具有10個(gè)L邸和11個(gè)PD的檢測(cè)器，所述輸出表格具有11排和10列，其 中第一列的11個(gè)條目包含了當(dāng)激活發(fā)射器1時(shí)在每個(gè)PD處的檢測(cè)數(shù)值，第二列的11個(gè)條 目包含了當(dāng)激活發(fā)射器2時(shí)在每個(gè)PD處的檢測(cè)數(shù)值，等等。表I是包含原始檢測(cè)數(shù)值的示 例性表格。
[0104] 表I:原始檢測(cè)數(shù)值
[0105] 當(dāng)激活LED5時(shí)，分別由PD4和PD7獲得表I中的兩個(gè)最大值，即：原始檢測(cè)數(shù) 值141和144。PD4和PD7具有離LED5的偏離1，因?yàn)镻D5和PD6是LED5的緊挨的 左鄰和緊挨的右鄰，并具有偏離0。
[0106] 相比較由遠(yuǎn)處物體反射到距離激活L邸偏離為7或8的PD上的光的量，由附近物 體反射到距離激活L邸偏離為0或1的PD上的光的量更大。事實(shí)上，假設(shè)所有其它系數(shù)保 持恒定，PD偏離越大，到達(dá)PD的光線越少。PD數(shù)值由具有給定分辨率的A/D轉(zhuǎn)化器數(shù)字 化，諸如12位或16位。為了完全利用數(shù)值范圍，在特定實(shí)施例中，每個(gè)發(fā)射器用不同的電 流量激活，或者激活不同的持續(xù)時(shí)間，運(yùn)取決于目標(biāo)PD的偏離。偏離越大，電流和/或激活 時(shí)間就越大，W便利用完整的數(shù)值范圍，而不會(huì)有達(dá)到最大檢測(cè)數(shù)值W及可能溢出那個(gè)數(shù) 值的風(fēng)險(xiǎn)。其它因數(shù)有助于可能的或者期望的PD檢測(cè)數(shù)值的范圍，包括透鏡311的高度W及指向?qū)ο蟮姆瓷渎?。特別地，在屏幕表面上方的較大的透鏡高度允許更多的光到目標(biāo)PD 上。在一些實(shí)施例中，用于不同PD偏離的期望的PD檢測(cè)數(shù)值的量基于經(jīng)驗(yàn)而啟發(fā)式地確 定。
[0107] 在一些實(shí)施例中，A/D轉(zhuǎn)換器輸出比處理器所使用的位更多的位，W計(jì)算接觸位 置。例如，在一些實(shí)施例中，A/D轉(zhuǎn)換器輸出12位數(shù)值，處理器使用8位數(shù)值。在運(yùn)些情況 下，重要的是確定最大的期望的12位數(shù)值?；谠撟畲笾?，所述系統(tǒng)將僅僅在W下情況下 移除最重要位（msb):當(dāng)所述數(shù)值在所移除的msb中包含非零數(shù)值沒(méi)有風(fēng)險(xiǎn)時(shí)。如果溢出 的風(fēng)險(xiǎn)阻止系統(tǒng)拋棄msb，則所述系統(tǒng)將移除次重要位（Isb)W達(dá)到8位數(shù)值。運(yùn)些最大數(shù) 值也通過(guò)啟發(fā)法確定并且取決于所述PD偏離。
[010引啟發(fā)法也被用來(lái)為每個(gè)L邸-TO對(duì)準(zhǔn)備參照檢測(cè)值。因此，在上述檢測(cè)表中的每個(gè) 檢測(cè)到的PD值被相應(yīng)的參照值除，W便將表格中的所有數(shù)值標(biāo)準(zhǔn)化至0-1的范圍。圖14 顯示了標(biāo)準(zhǔn)化檢測(cè)值的檢測(cè)圖，其用于與偏離+/-5的LED2和PD相對(duì)應(yīng)的接觸。因?yàn)闆](méi)有 與LED2偏離-5的相應(yīng)的PD,所W僅僅偏離巧的PD產(chǎn)生了該最大檢測(cè)信號(hào)。圖14的檢 測(cè)圖包括同屯、的實(shí)線和虛線形狀917,其中每個(gè)內(nèi)部形狀大于其外部相鄰，從而所述最大檢 測(cè)信號(hào)位于中屯、。如果圖15要W彩色或者變化程度的灰度呈現(xiàn)，則最內(nèi)形狀將是最黑的， 并且所述形狀將隨著它們的擴(kuò)展而漸進(jìn)地變得更淺。然而，從圖14中已經(jīng)去除了色彩和陰 影W便使得它成為純的黑白色。
[0109] 不僅檢測(cè)信號(hào)的絕對(duì)數(shù)値對(duì)于確定接觸位賈是有用的，而目.相鄰信號(hào)之間的關(guān)系 也是重要因素。
[0110] 參照?qǐng)D16-21，它們是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的簡(jiǎn)化的接觸檢測(cè)圖，用于顯示用來(lái)計(jì)算 觸感屏幕系統(tǒng)中的接觸位置的算法。圖16顯示了圖13的檢測(cè)圖的一部分。如上所述，實(shí) 屯、豎直線代表發(fā)射光束。更精確地，每條豎直線代表來(lái)自給定發(fā)射器的光束的中屯、。所述 發(fā)射光束被認(rèn)為具有圍繞光束中屯、的通常的鐘形分布。類似地，圖16中的實(shí)屯、對(duì)角線代表 在給定偏離的PD處產(chǎn)生最大檢測(cè)數(shù)值的最佳反射光束。用于與運(yùn)些對(duì)角光束平行并位于 它們之間的光束的檢測(cè)數(shù)值被認(rèn)為在具有給定偏離的PD處具有通常的鐘形檢測(cè)分布。通 過(guò)比較相鄰的檢測(cè)信號(hào)，運(yùn)些分布特性提供了W下能力：確定實(shí)屯、豎直線與對(duì)角線之間的 位置、或者確定表示最大檢測(cè)點(diǎn)的圖13檢測(cè)圖中的頂點(diǎn)之間的位置。因此，接觸點(diǎn)是基于 下面列舉的六個(gè)引理。
[01川引理1:如果平行于PD的對(duì)角檢測(cè)線平移反射物體，那么檢測(cè)相同LED的相鄰PD的檢測(cè)信號(hào)之間的關(guān)系保持恒定。
[0112] 圖16顯示了引理1。圖16