专利名称：具有触敏功能的设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及具有触敏功能的设备，该设备包括一个表面和触敏装置，触敏装置用于检测出现触摸输入部件接触或者靠近该表面的情况，并生成距离传感器信号。本发明还涉及触敏显示设备、键盘以及在这样的设备中检测触摸输入部件接触触敏器件的方法。
背景技术：
高分辨率LCD屏幕进入了更多的应用，如移动电话和便携式控制设备。在大多数这样的应用中，需要这些屏幕的触摸屏功能。为了判断显示屏何处被触摸，一般使用电容和电阻触敏层。它们基于透明导体，如铟锡氧化物薄膜。它们的缺点在于限制了透明度，降低了尤其是现代的高分辨率LCD显示器的画面质量。
检测出现触摸输入部件与显示屏接触的另一个概念是基于成对的光发射器和检测器的正交阵列，用于用交叉光束覆盖显示器表面；以及与发射器和检测器耦合的扫描装置，用于对正交阵列进行电子扫描，从而使在任一时刻单个光发射器发光。例如，在US 4301447中描述的这样的显示设备。

发明内容
因此，本发明的一个目的是提供一种具有触敏功能的设备，它不需要对表面，例如显示屏，添加一个层从而降低画面质量，并且还不需要多个光发射器和检测器、复杂的控制以及图像处理装置。具体地说，需要廉价并且可靠的解决办法。
按照权利要求1的设备实现了这个目的，其特征在于触敏装置包括用于在与表面平行并且靠近该表面的平面中发射激光束的装置，所述激光束周期性地在整个表面偏转；以及用于接收从触摸输入部件反射或者散射的光，由此生成所述距离传感器信号的装置。还通过如在权利要求12中限定的触敏显示设备、如在权利要求13中限定的键盘以及如在权利要求14中限定的检测接触触敏器件的方法实现了该目的。
本发明基于使用借助于激光的距离测量的想法。使用激光束测量距离的简单而廉价的方法是公知的。为了提供触敏性，应该将该方法应用于一种设备，由此避免附加层或者光发射器和检测器阵列以及复杂的控制和处理装置。
按照本发明，由激光发射和检测装置发射激光束，使其周期性地扫描整个表面。如果没有这样的输入部件与显示屏接触或者至少与表面如此靠近以至被激光束碰上，则激光束被从表面的框反射或散射到激光检测器中或者没有反射激光束，所述触摸输入部件可以是例如，电子笔、指针或者用户的手指。如果触摸输入部件与显示屏接触或者至少与表面如此靠近以至碰到激光束，则激光束从触摸输入部件反射或者散射到激光检测器中。然后，由激光检测器生成的距离传感器信号将表现出明显的变化并将允许判断触摸输入部件在表面上的位置。按照本发明，由于使用了光学原理，该解决方法高度可靠和精确。
在从属权利要求中限定了本发明的优选实施例。最好，如权利要求2所限定的，根据发射激光束的角度并且根据激光发射和检测装置之间的距离以及反射方向计算触摸输入部件的位置，该距离包括在由激光检测器接收的光线中或者可以根据由激光检测器接收的光线导出。具体地说，作为变化的激光发射波长的函数，在由激光检测器接收到的光线的相位中包括关于激光光线从激光发射和检测装置到激光检测器的所经过路径的长度的信息。
最好，触敏装置包括激光二极管和光电二极管。最好共用激光二极管发射和检测激光束。从激光二极管发射的光线被散射回该激光二极管，由此对发射的激光束进行调制。
此外，激光发射和检测装置以及激光检测器最好位于显示屏的框内，特别是在框的同一拐角中。这样，可以方便地将本发明用于任何屏幕尺寸和类型，这对批量生产来说非常重要。
按照优选实施例，表面的框不用于对光线进行散射以及生成距离读数。只有当触摸输入部件与表面接触或者至少与表面如此靠近以至碰到激光束时，激光束才被从触摸输入部件反射或者散射到激光检测器中。如果不出现接触输入部件，则不生成距离读数。
可选地，可以将激光反射装置，例如反射表面，放在框上的某个位置，最好在一个或多个拐角中，以便能够校准光束的位置和/或表面尺寸。一般而言，这样的激光反射装置可以只包括足以反射和/或散射激光束的白色的框。以这种方式，如果不出现触摸输入部件，则连续测量激光发射和检测装置与框之间的距离。当出现触摸输入部件时，在碰到触摸输入部件之前和碰到触摸输入部件之后，对到框的距离进行测量。该信息可用于校准在激光束碰到触摸输入部件时的角度。在激光束碰到触摸输入部件时，测量触摸输入部件与传感器之间的距离。得到的关于角度和距离的信息可以用于确定屏幕被接触的位置的坐标。
最好定位激光发射和检测装置使得在显示屏正上方的平面中发射激光束。这样很容易检测触摸输入部件是否与表面接触或者甚至它已经非常靠近表面。或者，可以使激光发射和检测装置位于稍微低于表面或者低于表面之上的一个层的位置，以便在所述表面或者层正下方的平面中发射激光束。为了检测触摸输入部件是否与表面或所述层接触，需要表面或所述层是柔性的并且触摸输入部件在表面或所述层中造成下陷，以便从这个下陷而不是从表面的框反射激光束。
按照优选实施例，使用了基于激光自混频(selfmixing)的距离测量。因此，共用一个激光二极管作为激光发射和检测装置及激光检测器，并将从激光二极管发射的光线散射回激光二极管中，由此对产生的激光束进行调制。通过利用检测装置，通常是光电二极管，监测激光输出功率，对通常也称为“波荡”的这些调制进行检测。如果激光二极管本身是电流调制的，则可以利用这个效应测量激光二极管与目标之间，即激光二极管与反射激光束的框或者激光二极管与反射激光束的触摸输入部件的接触点之间，的距离。基于激光自混频的测量距离的简单而廉价的方法是公知的，但是可以有利地将其应用于显示屏实施触敏功能。
为了使激光束在整个显示屏上周期性地偏转，最好提供使镜子的方向周期性变化的振荡装置，用于使激光束偏转。最好，所述振荡装置包括电子驱动的机械振荡器，如已知来自简单的电池供电的机械闹钟或手表。但是，也可以是振荡装置的其它实现。


以下将参照附图，更详细地描述本发明，其中图1示出说明本发明的原理的图，图2示出按照本发明的传感器信号，
图3示出按照本发明的用于偏转激光束的装置。
具体实施例方式
图1示出了按照本发明的显示设备1的第一实施例。显示设备1包括具有框3的显示屏2，即表面，框3用于反射或者散射从可以包括激光二极管的激光发射和检测装置5发射的激光束4或8。最好将所述装置5布置在所述矩形显示屏2的一个拐角中，所述装置5发射周期性地在整个显示屏2上直接偏转的激光束，即，由激光束4或8周期性地扫描显示屏2的表面。以这样的方式产生激光束，使得在显示屏表面正上方的平面中发射激光束，使该激光束可以被与显示屏2接触或者与之极靠近的触摸输入部件截断。当激光束4或8终止于显示器件的框3上时，将其表示为4。在它从触摸输入部件散射的瞬间，将其表示为8。在不同的瞬间，数字4和8指的是相同的激光束。
如果触摸输入部件，例如用户的手指6，不接触显示屏2，则激光束4从显示屏2的框3反射或散射，因而该光线被散射回激光发射和检测装置5中。因此，包括在其中并且用于发射激光束的激光二极管也用于检测散射回的光线。由此，二极管的光输出经历调制(波荡)。由于激光二极管本身是电流调制的，因此，可以利用这个效应测量激光二极管与反射激光束4的地点之间的距离。这样，如果没有触摸输入部件6与显示屏2接触，则在接收到散射回的光线之后根据由激光二极管产生的传感器信号，确定激光发射和检测装置5与激光指向的框3的点之间的距离。
如果触摸输入部件6与显示屏2接触，例如，如果用户在某个点例如在显示的接触底板7上接触显示屏2，则以角度α发射的激光束8被截断并且从手指6而不是从框3反射或者散射。由此，将报告激光发射和检测装置5与反射激光束8的地点之间的较短的距离。这个信号变化可以用于触发一个截断，报告显示屏2被接触的事件并且用于计算接触位置。
在图2中示出了由包括在激光发射和检测装置5中的激光检测器产生的传感器信号的例子。其中，按照时间t记录了测量到的激光发射和检测装置5与反射地点之间的距离d。
传感器信号S的第一部分A示出了显示屏被接触之前记录的距离d。其中的部分A1示出了在一个激光束4的扫描周期中报告的距离，在图1中示出的实施例中，从左上角开始到右下角并且返回。由于沿着显示屏的长(水平)边扫描，记录了信号S的部分A11，并且沿着显示屏的短(垂直)边扫描，记录了信号S的部分A12。没有检测到信号时的断点A13表示此时激光束碰到吸收表面，这可以用于表示扫描改变方向的位置。在显示屏被接触之前记录的距离可以用于校准在显示屏被接触瞬间的距离读数。
传感器信号S的随后部分B示出了在显示屏被触摸时记录的距离d。其中的部分B2是在对显示屏的一个完整扫描期间记录的。如所见到的，与周期A相比，在周期B中信号S的变化在于它示出了由于测量到的较短距离而导致的低峰值B1，而测量到的较短距离是由于触摸输入部件反射激光束引起的。这个较短距离表示触摸输入部件与测量器件之间的距离。峰值B1的时间长度表示接触显示屏的触摸输入部件离开测量器件的距离所规定的半径，而这些半径是触摸输入部件相对于显示屏上激光发射和检测装置所在的拐角的角度的量度。以这种方式，可以校准触摸输入部件相对于这个拐角的角度。
也可以用其他方法确定激光束以及因此触摸输入部件的角度，例如，如果用偏转镜设置激光束的角度的话，可以测量偏转镜的角度。可以根据激光束的角度和距离计算绝对接触位置，即，(x，y)坐标。这些计算可以在激光发射和检测装置5的驱动软件中进行。这些计算也可以由为其产生接触输入的设备进行，即很简单地管理装置5本身的计算机、PDA或者相似设备。
在测量到框的距离时生成的距离信息可以用于校准激光束的角度。当检测到触摸输入部件时，在碰到触摸输入部件之前和之后的激光束角度的平均值是光束碰到触摸输入部件时的角度的良好量度。
在图3中示出了激光发射和检测装置5的优选实施例。其中，激光二极管51发射激光束4或8，在通过透镜52之后，激光束4或8被安装在电驱动的机械振荡器上的镜53反射。所述机械振荡器包括弹簧54和由驱动电子设备59驱动的电磁线圈55。这样的机械振荡器，尤其是这种类型的摆轮可以在廉价的电池供电的闹钟和大多数手表中见到。由此镜53的方向可以如箭头所示周期性地改变，由此改变激光束4或8的反射角度，由此使激光束4或8周期性地在整个显示屏的表面正上方偏转。激光二极管51发射激光束由检测器60测量和由电子设备56控制。如果需要，可以将电子设备59和56集成为一个单元。
通过相同的光路径，经过反射的激光束被散射回激光二极管51。由此激光二极管51的光输出经历调制(波荡)。用光敏检测器60，最好是通常已经集成在商品化的激光二极管封装58中的光电二极管，对波荡进行检测。由于由驱动单元56对激光二极管51本身进行电流调制，因此可以将激光二极管51的自混频效应用于测量激光二极管与反射点之间的距离。由此，激光二极管51生成被输入信号处理装置57的距离传感器信号，用于确定与激光二极管51与反射点之间的距离，和如果需要的话，反射角，并且如果还需要的话，用于确定触摸输入部件是否已经接触或者非常靠近显示屏。
可以以不同的方式确定反射角一种方式是根据在图2中示出的时间测量距离的信息。这可以在电子或逻辑电路57中完成。或者，可以将电路57仅用于将所有信息传送给在设备即计算机或使用接触输入传感器的移动设备，中运行的算法或驱动软件。另一种可能性是利用偏转器件，即镜4，的周期性运动。该信息也可以在电子或逻辑电路57里面或者在设备，即计算机或使用接触输入传感器的移动设备，中处理。利用角度信息和距离信息，可以确定输入的坐标。该处理也可以在电路57中或者在设备，即计算机或使用接触输入传感器的移动设备，中完成。
如果需要，振荡器驱动器59可以由电子设备57控制，或者将定时信息送到电子设备57。由于可以根据测量的到屏幕的框的距离导出光束的方向(角度)，因此不需要59与57之间的链接。
为了周期性驱动镜53，或者更一般地说，为了使激光束4偏转，也可以使用其它方法。例如，可以将一个金属化的反射谐振驱动的压电薄片用作相当廉价的偏转器。本发明可以应用于任何类型的显示器，包括在任何类型的应用，如移动电话、先进的远距离控制、笔记本或触摸屏用户界面，中的LCD和CRT。
为了提高从显示屏2的框3对激光束的反射，可以将反射装置31，例如小镜子或反射板布置在框3中，至少在框3的拐角中。按照这样的方式布置这些反射装置，使得反射从激光发射和检测装置5发射的激光束4被反射，从而反射的或散射的激光束4被引导回激光检测器。
本发明可以应用于需要提供触敏功能的任何类型的设备。优选的应用是触摸屏、电子键盘或者任何类型的输入设备。也可以将其中具有触敏功能的表面部分标明为键盘，部分标明为显示器或屏幕。
权利要求
1.一种具有触敏功能的设备，包括表面(2)；触敏装置(5)，用于检测出现触摸输入部件(6)与所述表面(2)接触或者靠近的情况，生成距离传感器信号，其特征在于所述触敏装置(5)包括装置(51)，用于在与所述表面(2)平行并且靠近的平面中发射激光束(4，8)，所述激光束在整个表面(2)上被周期性地偏转；以及装置(51，60)，用于接收从触摸输入部件(6)反射或者散射的光线，根据该光线生成所述距离传感器信号。
2.如权利要求1所述的设备，特征在于提供了信号处理装置(57)，用于根据所述距离传感器信号，确定触摸输入部件(6)与表面(2)接触或者靠近的位置。
3.如权利要求2所述的显示设备，特征在于所述距离传感器信号包括关于用于发射所述激光束的装置(51)之间的距离以及反射方向的信息，并且所述信号处理装置(57)用于根据所述距离和发射激光束的角度计算所述触摸输入部件的位置。
4.如权利要求1所述的设备，特征在于所述触敏装置(5)包括激光二极管(51)和光电二极管(60)。
5.如权利要求4所述的设备，特征在于共用所述激光二极管(51)来发射和检测激光束，并且从所述激光二极管(51)发射的光线被散射回所述激光二极管(51)，由此对发射的激光束(4)进行调制。
6.如权利要求1所述的设备，特征在于用于发射激光束的所述装置(51)和用于接收所述光线的所述装置位于所述表面(2)的框(3)里面，特别是在框(3)的一个拐角中。
7.如权利要求1所述的设备，特征在于使用于发射激光束的所述装置(51)位于在所述表面(2)正上方的平面中发射激光束。
8.如权利要求1所述的设备，特征在于用于接收光线的所述装置(51，60)用于接收从所述表面的所述框(3)或者从所述触摸输入部件(6)反射或者散射的光线，根据该光纤生成所述距离传感器信号。
9.如权利要求1所述的设备，特征在于所述表面(2)的所述框(3)包括用于反射激光束(4)的激光反射装置，该装置以这样的方式定位，使得激光束(4)反射到用于接收光线的所述装置(51，60)中。
10.如权利要求1所述的设备，特征在于所述触敏装置(5)包括振荡装置(54，55)，用于通过周期性地改变用于使激光束(4)偏转的镜(53)的方向，使激光束(4)在整个表面(2)上周期性地反射。
11.如权利要求10所述的设备，特征在于所述振荡装置(54，55)包括电子驱动的机械振荡器。
12.一种包括如权利要求1所述的设备的触敏显示设备，其中，所述表面(2)是显示器或者屏幕。
13.一种包括如权利要求1所述的设备的键盘，其中，所述表面(2)标有数字和/或字符。
14.一种在具有触敏功能的设备中检测触摸输入部件与表面(2)接触的方法，该设备包括表面(2)；触敏装置(5)，用于检测出现触摸输入部件(6)与所述表面(2)接触或者靠近的情况，生成距离传感器信号，其特征在于在与所述表面(2)平行并且靠近的平面中发射激光束(4，8)，在于使所述激光束在整个所述表面(2)上周期性地被偏转，并且在于从所述表面(2)的所述框(3)或者从所述触摸输入部件(6)反射或者散射的光线被接收，并且所述距离传感器信号根据此光线生成。
全文摘要
本发明涉及具有触敏功能的设备，包括表面(2)；触敏装置(5)，用于检测出现触摸输入部件(6)与所述表面(2)接触或者靠近的情况，生成距离传感器信号。由于通常的电阻或电容触敏层具有有限的透明度，因此它们明显地降低了屏幕质量。按照本发明，可以在不对显示器添加层的情况下提供具有触敏功能的显示设备，该设备的特征在于触敏装置(5)包括装置(51)，用于在与表面(2)平行并且靠近的平面中发射激光束(4，8)，使所述激光束在整个表面(2)上周期性地偏转；以及装置(51，60)，用于接收从触摸输入部件(6)反射或散射的光线，据此生成所述距离传感器信号。
文档编号G01N33/487GK1568452SQ02819942
公开日2005年1月19日 申请日期2002年9月18日 优先权日2001年10月9日
发明者M·D·莱斯 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司