專利名稱：集成觸摸感測(cè)顯示裝置及操作其的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于檢測(cè)在顯示裝置的觸摸表面上的一個(gè)或多個(gè)物體的位置的技術(shù)。背景在越來越大的程度上，觸敏面板被用于將輸入數(shù)據(jù)提供到計(jì)算機(jī)、電子測(cè)量和測(cè)試設(shè)備、游戲設(shè)備等。在下面被表示為“集成觸摸感測(cè)顯示器”的一種類別的觸敏面板中，光敏元件的陣列被集成在顯示屏或面板中，由此，基于來自各個(gè)光敏元件的輸出信號(hào)來檢測(cè)接觸顯示屏的物體的位置。集成觸摸感測(cè)顯示器一般被設(shè)計(jì)成具有類似于普通顯示器的形狀因子，因此光敏元件的陣列被布置成在顯示器的深度方向(即，垂直于顯示器的前表面)上靠近圖像生成元素的陣列(在下面也被表示為“像素定義元素”或“圖像元素”)。一般而言，光敏元件的陣列和圖像元素的陣列之間的間距在深度方向上小于15厘米左右，并且通常光敏元件和圖像元素在顯示器內(nèi)的公共基底上或至少在公共幾何平面中交錯(cuò)。W02007/058924公開了這樣的集成觸摸感測(cè)IXD (液晶顯示器)，其中液晶材料被布置在前電極層和后電極層之間。通過改變施加到后電極層上的像素定義薄膜電阻(TFT) 的電勢(shì)，液晶材料被局部修改，以便來自后電極后面的背光燈的光選擇性地透射到顯示器的前表面。后電極層還包括光感測(cè)TFT的陣列，其被設(shè)計(jì)成檢測(cè)射在顯示器的前表面上的環(huán)境光。處理器通過識(shí)別已被禁止感測(cè)環(huán)境光的光感測(cè)TFT來確定接觸前表面的物體的位置。此外建議，通過檢測(cè)從布置在液晶材料的頂部上的光導(dǎo)漫射的可見光來補(bǔ)充此陰影檢測(cè)。光源被控制來使可見光射入光導(dǎo)中以在其中通過全內(nèi)反射傳播。當(dāng)物體接觸光導(dǎo)時(shí)， 內(nèi)部反射的光將朝向光敏元件漫射。然后可從透射的環(huán)境光、從波導(dǎo)漫射的光和從背光燈透射并在物體上反射的光的組合來確定物體的位置。從US2008/0074401 了解到另一種集成觸摸感測(cè)LCD，其中紅外光感測(cè)TFT被包括在下基底上的像素定義TFT中。背光燈被設(shè)置在下基底后面以產(chǎn)生可見光和紅外光。透明窗口對(duì)準(zhǔn)每個(gè)光感測(cè)TFT。接觸顯示器的物體將使來自背光燈的紅外光穿過一個(gè)或多個(gè)窗口局部反射回到光感測(cè)TFT上?；诠飧袦y(cè)TFT的輸出信號(hào)來確定觸摸點(diǎn)。在US2007/(^96688中，光電傳感器被布置在液晶面板中，而背光燈被布置在面板的背面上。面板被控制成基于環(huán)境光的量以不同的檢測(cè)模式操作。當(dāng)環(huán)境光的照度高時(shí)， 觸摸物體被識(shí)別為到達(dá)光電傳感器的環(huán)境光中的陰影。當(dāng)環(huán)境光的照度低時(shí)，背光燈被控制成發(fā)出不可見光，并且觸摸物體基于到達(dá)光電傳感器的反射光來識(shí)別?，F(xiàn)有技術(shù)的集成觸摸感測(cè)顯示器遭受若干不同限制的至少一種。這樣的限制包括對(duì)環(huán)境光的變化的靈敏度、非觸摸和觸摸物體之間的區(qū)分的困難、不足的信噪比(SNR)、與普通顯示器(即，沒有觸摸靈敏度)相比降低的圖像質(zhì)量(例如對(duì)比度、亮度、空間分辨率)、觸摸物體的位置的復(fù)雜的確定、復(fù)雜的設(shè)備控制和對(duì)使用限制的需要。類似的限制可同樣與基于其它顯示技術(shù)的集成觸摸感測(cè)顯示器如等離子體顯示器和OLED (有機(jī)發(fā)光二極管)顯示器有關(guān)?，F(xiàn)有技術(shù)還包括US2008/0029691，其公開了由接收遭受全內(nèi)反射的光的波導(dǎo)形成的觸摸表面。單獨(dú)的相機(jī)被布置在波導(dǎo)后面以捕獲波導(dǎo)表面的圖像。波導(dǎo)的前表面上的觸摸由相機(jī)檢測(cè)，該相機(jī)檢測(cè)由于全內(nèi)反射的受抑而逸出波導(dǎo)的光。這種觸摸感測(cè)裝置具有完全不同于上述集成顯示器的形狀因子，因?yàn)橄鄼C(jī)需要被布置成離波導(dǎo)有相當(dāng)大的間距以便捕獲波導(dǎo)表面的圖像。概述本發(fā)明的目的是至少部分地克服現(xiàn)有技術(shù)的上面識(shí)別的限制的一個(gè)或多個(gè)。將從下面的描述中呈現(xiàn)的此目的和其它目的至少部分地借助于根據(jù)獨(dú)立權(quán)利要求的集成觸摸感測(cè)顯示裝置、操作這樣的裝置的方法以及計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)來實(shí)現(xiàn)，其實(shí)施方式由從屬權(quán)利要求限定。本發(fā)明的其它目的、特征、發(fā)明方面和優(yōu)勢(shì)將從下面的詳細(xì)描述、所附的權(quán)利要求以及附圖中呈現(xiàn)。附圖的簡(jiǎn)要說明現(xiàn)將參考所附的示意圖更詳細(xì)地描述本發(fā)明的實(shí)施方式。圖IA是根據(jù)示例性實(shí)施方式的觸摸感測(cè)顯示裝置的俯視平面圖。圖IB是圖IA中的顯示裝置的側(cè)視圖，其也示出觸摸物體和所產(chǎn)生的傳感器信號(hào)模式。圖2是光譜輻照度作為日光波長的函數(shù)的實(shí)例。圖3是環(huán)境光的光譜濾波的實(shí)施方式的側(cè)視圖。圖4是環(huán)境光的電子濾波的實(shí)施方式的俯視平面圖。圖5A是具有放置在像素陣列后面的光傳感器的陣列的實(shí)施方式的分解側(cè)視圖。圖5B是具有放置在顯示器的背面上的光傳感器的陣列的實(shí)施方式的側(cè)視圖。圖6A-6B是具有在顯示裝置中的光傳感器前面的透鏡的實(shí)施方式的側(cè)視圖。圖7是具有角發(fā)射器的實(shí)施方式的俯視平面圖。圖8是具有在發(fā)射器和面板之間的光偏轉(zhuǎn)器的實(shí)施方式的側(cè)視圖。圖9是具有帶反射邊緣部分的面板的實(shí)施方式的側(cè)視圖。

圖10是具有帶反射邊緣和光入射口的面板的實(shí)施方式的俯視平面圖。圖11是用于確定觸摸感測(cè)顯示裝置中的觸摸位置的示例性方法的流程圖。圖12示出重疊在圖IA中的顯示裝置的光傳感器上的已處理圖像數(shù)據(jù)。實(shí)例實(shí)施方式的詳述本發(fā)明涉及用于檢測(cè)在集成觸摸感測(cè)顯示裝置的表面上的一個(gè)或多個(gè)物體的位置的技術(shù)。該描述通過描述關(guān)于集成觸摸感測(cè)顯示裝置的示例性實(shí)施方式的一般特征開始。然后，描述了觸摸感測(cè)顯示裝置的不同發(fā)明方面及其實(shí)施方式。該描述以數(shù)據(jù)處理實(shí)例結(jié)束。在整個(gè)描述中，相同的參考數(shù)字用于標(biāo)識(shí)相應(yīng)的元件。一般原則
圖IA和IB分別是觸摸感測(cè)顯示裝置的實(shí)施方式的平面視圖和側(cè)視圖。該裝置包括圖像元素或像素2的陣列(只在圖IA中示出)，圖像元素或像素2可控制來在顯示區(qū)域 4內(nèi)生成圖像。用于生成單色、灰度或彩色圖像的任何已知顯示技術(shù)例如LCD技術(shù)、等離子體電池技術(shù)或OLED技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)這些圖像元素。像素2電連接到控制在顯示區(qū)域4中的圖像的生成的控制器(未示出)。顯示裝置還包括布置(“集成”)在顯示區(qū)域4內(nèi)的光感測(cè)元件或光傳感器6的陣列。在圖IA的實(shí)例中，每個(gè)像素2與傳感器6相關(guān)。在可選的配置(未示出)中，對(duì)于每 N個(gè)像素只有一個(gè)傳感器，其中數(shù)字N是選定的設(shè)計(jì)參數(shù)。像素2和/或傳感器6的密度可在整個(gè)顯示區(qū)域上不同。傳感器6可通過任何適當(dāng)?shù)墓饷羝骷夹g(shù)例如電荷耦合器件、 CMOS器件、光電二極管、光敏電阻、雙極光電晶體管和包括薄膜晶體管的光敏場(chǎng)效應(yīng)晶體管來實(shí)現(xiàn)。處理裝置8被連接成接收傳感器6的輸出信號(hào)。處理裝置8可通過任何適當(dāng)?shù)奶幚碛布蛇x地結(jié)合控制軟件來實(shí)現(xiàn)。例如，如所示，處理裝置8可包括中央處理單元10和存儲(chǔ)器12，其例如體現(xiàn)為通用或?qū)Ｓ糜?jì)算機(jī)或微處理器。控制軟件可被提供給在包括程序指令的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)上的處理裝置8，當(dāng)程序指令由處理裝置執(zhí)行時(shí)，促使處理裝置執(zhí)行特定的操作控制功能和數(shù)據(jù)處理功能，如下面將進(jìn)一步描述的。顯示裝置還包括前面板14，其被布置在顯示區(qū)域4的頂部上?？梢允瞧矫婊驈澢那懊姘?4通過允許輻射在面板內(nèi)部通過內(nèi)部反射傳播而被內(nèi)部地照射。為此，輻射傳播通道被設(shè)置在面板的兩個(gè)邊界面16、18之間，其中外邊界面(“觸摸表面”)16允許傳播的輻射與觸摸物體20交互作用，觸摸物體20可以是手指、指示筆、指針等。在此交互作用中， 輻射的部分可被物體20散射，輻射的部分可被物體20吸收，以及輻射的部分可繼續(xù)不受影響地傳播。散射的輻射導(dǎo)致在傳感器6的陣列內(nèi)檢測(cè)到的輻射的局部增加，如圖IB中的顯示裝置下面的信號(hào)模式S所指示的。通常，面板14由在一層或多層中的固體材料制成，且輻射在面板中通過全內(nèi)反射 (TIR)傳播。觸摸物體20和傳播的輻射之間的上述交互作用的過程可能涉及所謂的受抑全內(nèi)反射(FTIR)，其中能量從傳播的輻射所形成的衰逝波消散到物體20中，假定物體20具有比面板表面材料周圍的材料高的折射率，并且被放置在離表面16小于幾個(gè)波長的距離內(nèi)。 一般來說，面板14可由傳輸相關(guān)波長范圍中的足夠量的輻射以允許能量的合理傳輸?shù)娜魏尾牧现瞥?。這樣的材料包括玻璃、聚(甲基丙烯酸酯)(PMMA)和聚碳酸酯(PC)。在圖1的實(shí)例中，面板14內(nèi)的照射輻射(以下也被表示為IlR輻射)由多個(gè)光源或發(fā)射器22提供，光源或發(fā)射器22分布在面板14的周邊周圍。發(fā)射器22可被連接到處理裝置8(如所示)或?qū)Ｓ每刂破饔糜诓僮骺刂?。發(fā)射器22可具有任何合適的類型，如發(fā)光二極管(LED)、激光器或燈或其組合。應(yīng)認(rèn)識(shí)到，發(fā)射器22可由另外的光學(xué)部件如透鏡、 光圈、濾波器、反射鏡等補(bǔ)充。如圖IB中的塊箭頭所指示的，顯示裝置的前表面16也將接收環(huán)境光，S卩，從顯示裝置的周圍環(huán)境發(fā)出的光。這樣的環(huán)境光可包含日光和/或來自人造光源的光。因此，在下面提出的不同的發(fā)明方面中，本發(fā)明一般涉及觸摸感測(cè)顯示裝置，其包括界定顯示區(qū)域4的圖像元素2的陣列；布置在顯示區(qū)域4內(nèi)的光感測(cè)元件6的陣列；光導(dǎo)14，其位于顯示區(qū)域4的前面以界定觸摸表面16 ；光源裝置20，其用于在光導(dǎo)14內(nèi)提供照射光，以便接觸觸摸表面16的物體20使照射光的部分朝向顯示區(qū)域4散射；以及處理元件8，其被配置成基于來自光感測(cè)元件6的輸出信號(hào)來得到表示射在顯示區(qū)域4上的光的圖像數(shù)據(jù)，并基于圖像數(shù)據(jù)來確定在觸摸表面16上的物體20的位置。在下面提出的不同的發(fā)明方面中，本發(fā)明一般也涉及操作觸摸感測(cè)顯示裝置的方法，該裝置包括界定顯示區(qū)域4的圖像元素2的陣列；被集成以在顯示區(qū)域4內(nèi)感測(cè)光的光感測(cè)元件6的陣列；光導(dǎo)14，其位于顯示區(qū)域4的前面以界定觸摸表面16 ；以及光源裝置 22，所述方法包括控制所述至少一個(gè)光源裝置22以在光導(dǎo)14內(nèi)提供照射光，以便接觸觸摸表面16的物體20使照射光的部分朝向顯示區(qū)域4散射；基于來自光感測(cè)元件6的輸出信號(hào)來得到表示射在顯示區(qū)域4上的光的圖像數(shù)據(jù)，并基于圖像數(shù)據(jù)來確定在觸摸表面16 上的物體20的位置。第一發(fā)明方面根據(jù)本發(fā)明的第一發(fā)明方面，接觸顯示裝置的前表面，即，面板14的外表面16的物體20的位置基于表示射在顯示區(qū)域4上的不包括環(huán)境光的光的圖像數(shù)據(jù)來確定。因此， 觸摸物體20的識(shí)別不是基于由環(huán)境光產(chǎn)生的傳感器6的陣列上的任何信號(hào)模式，而是不排他地基于由IlR輻射產(chǎn)生的信號(hào)模式，IlR輻射通過觸摸物體20從前面板14散射。這并不排除環(huán)境光確實(shí)生成傳感器的陣列的信號(hào)模式的可能性，相反意圖是指示這樣的信號(hào)模式對(duì)觸摸物體的識(shí)別無用。因此，圖像數(shù)據(jù)可包括源自環(huán)境光的信號(hào)分量，但是這些信號(hào)分量是不需要的，因?yàn)樗鼈兘档土搜b置的觸摸靈敏度。因此，顯示裝置可包括用于抑制圖像數(shù)據(jù)中的環(huán)境光的濾波裝置。適當(dāng)?shù)兀蓤D像數(shù)據(jù)中的環(huán)境光產(chǎn)生的信號(hào)電平因此被抑制到小于由來自觸摸物體的散射IlR輻射引起的信號(hào)電平的任何局部最大值的10%，優(yōu)選地小于5%，最優(yōu)選地小于1%。第一發(fā)明方面的一個(gè)優(yōu)勢(shì)是，它內(nèi)在地區(qū)分開觸摸和非觸摸物體，因?yàn)橹挥薪佑|面板14的前表面16的物體20才將引起IlR輻射的散射，并因此產(chǎn)生圖像數(shù)據(jù)中的局部最大值，而基本上沒有IlR輻射將被散射在非觸摸物體上。另一優(yōu)勢(shì)是，第一發(fā)明方面特別是與環(huán)境光的抑制相結(jié)合允許使用用于基于圖像數(shù)據(jù)來識(shí)別觸摸物體20的位置的簡(jiǎn)單算法，因?yàn)椴恍枰紤]由物體20引起的陰影。在圖像數(shù)據(jù)中的環(huán)境光的抑制可在整個(gè)顯示區(qū)域4空間上和時(shí)間上導(dǎo)致對(duì)環(huán)境光中的變化的位置檢測(cè)的提高的可靠性。抑制環(huán)境光也可有助于提高信噪比(SNI )。在一個(gè)實(shí)施方式中，用于抑制圖像數(shù)據(jù)中的環(huán)境光的裝置包括位于傳感器前面的光譜帶通濾波器。光譜濾波器被匹配以傳輸IlR輻射的大部分，并阻擋環(huán)境光的大部分。圖 2是示出陽光的一般陸地光譜的曲線，陽光可表示室外的環(huán)境光。濾波器的通帶Δ λ的位置和寬度可以被選擇成實(shí)現(xiàn)環(huán)境光相對(duì)于IlR輻射的足夠抑制。在一個(gè)實(shí)施方式中，IlR輻射和通帶都被限制到小于約10納米的窄帶Δ λ。在某些實(shí)施方式中，通帶可以小得多，例如5納米、1納米或者甚至0. 1納米。如果IlR輻射由激光生成，則該濾波器的通帶可具有與激光的線寬度相同的大小，其往往是0.01納米或更小。阻擋環(huán)境光的大部分的光譜濾波器的設(shè)置也將有助于降低傳感器在高環(huán)境水平如在直射陽光下飽和的風(fēng)險(xiǎn)。圖3是具有交錯(cuò)的像素定義結(jié)構(gòu)2 (通常是至少一個(gè)電極)和傳感器6的基底M的部分的側(cè)視圖，每個(gè)傳感器6被設(shè)置有上覆的光譜濾波器26。在所示的實(shí)施方式中，濾波器26被應(yīng)用到每個(gè)傳感器6的頂面?？蛇x地(未示出)，一個(gè)大濾波器可被放置在面板14 和像素定義結(jié)構(gòu)2之間，濾波器沈中的開口與像素定義結(jié)構(gòu)2對(duì)準(zhǔn)。光譜濾波器的另外的可選布置稍后將被描述。在另一實(shí)施方式中，圖像數(shù)據(jù)中的環(huán)境光的存在由來自傳感器6的輸出信號(hào)的電子濾波抑制。通過電子濾波抑制環(huán)境光的一個(gè)優(yōu)勢(shì)是，它不影響所顯示的圖像的圖像質(zhì)量。 電子濾波基于在曝光時(shí)間期間通過傳感器的陣列中的至少部分傳感器6的光的時(shí)間分辨檢測(cè)。在一個(gè)實(shí)現(xiàn)中，電子濾波基于鎖定檢波。如本文所使用的，“鎖定檢波”表示任何信號(hào)處理技術(shù)，其中通過測(cè)量信號(hào)與已知調(diào)制函數(shù)的非線性混合來從測(cè)量信號(hào)提取信號(hào)分量。調(diào)制函數(shù)被用來以已知的調(diào)制頻率ω調(diào)制IlR輻射。為此，發(fā)射器22被控制以生成由所選擇的調(diào)制頻率ω調(diào)制的IlR輻射。調(diào)制頻率優(yōu)選地被選擇成使得曝光時(shí)間包括調(diào)制頻率的幾個(gè)(通常至少10個(gè))周期。如果我們假定IlR輻射的振幅由例如E = E0-cos (ω -t)給出，以及當(dāng)cos (ω -t) = 1時(shí)，發(fā)射器22被完全打開，并且當(dāng)cos (ω -t) =-1時(shí)，它們被關(guān)閉，散射TIR輻射的振幅將以相同的頻率波動(dòng)。傳感器6處所測(cè)量的輻照度將因而(具有增加的相位爐，以及可能的DC偏移)被轉(zhuǎn)換為電子信號(hào)I=Iq _COS((Dt+妁。 增加的相位識(shí)可出現(xiàn)在檢測(cè)電子器件中或作為發(fā)射器電子器件中的延遲。來自其它源的光， 即，噪聲將在傳感器6上產(chǎn)生輻照度In
In = Σ7/·^/^ + (pf、,其中，對(duì)噪聲中的所有頻率分量計(jì)算總和，每個(gè)頻率分量由輻照度If、頻率和相位卿給出。我們現(xiàn)在想只提取相關(guān)信息，即散射TIR輻射的強(qiáng)度。這可以由檢測(cè)到的輻照度與表示發(fā)射器22的調(diào)制函數(shù)的參考信號(hào)的非線性混合來實(shí)現(xiàn)。在鎖定檢波使用非線性混合的第一實(shí)例中，檢測(cè)到的輻照度和調(diào)制函數(shù)相乘，于是散射IlR輻射的強(qiáng)度由所產(chǎn)生的乘積使用相敏檢波來確定。上述混合導(dǎo)致信號(hào)D 通過利用如果余弦函數(shù)具有不同的頻率則它們是正交的，可能重新得到散射IlR
輻射的強(qiáng)度。正交意味著
1 tfl/2 if COd= ω and φ =φ
Tf [ ^(ω · + φΛ· :ο ,{ω· + φ) τ = \
T tlT y α α'[ Oif cod φ ω如果在這兩個(gè)余弦函數(shù)之間存在相位差，則積分將在O和1/2之間的某處。通過
使信號(hào)D在明顯比調(diào)制周期長的時(shí)間上積分，所產(chǎn)生的信號(hào)將與乘積· Itl成比例。通過
調(diào)整信號(hào)E和I的相對(duì)相位，可能優(yōu)化所產(chǎn)生的信號(hào)。由于調(diào)制振幅已知，所產(chǎn)生的信
號(hào)可以被轉(zhuǎn)換成散射IlR輻射的強(qiáng)度。也可能對(duì)信號(hào)D操作低通濾波器來消除更多的噪聲源(它們具有不同于調(diào)制頻率的頻率)。對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，這是容易實(shí)現(xiàn)的。鎖定檢波使用非線性混合的第二實(shí)例基于外差檢波，其中檢測(cè)到的輻照度和調(diào)制函數(shù)相加并且所產(chǎn)生的總和被平方。所產(chǎn)生的輸出包含高頻、中頻和恒定分量。中頻分量的振幅與散射TIR輻射的振幅成比例并且可通過適當(dāng)?shù)臑V波來隔離。在另一實(shí)現(xiàn)中，IlR輻射也以已知的調(diào)制頻率ω被調(diào)制，而電子濾波涉及傳遞來自傳感器6的輸出信號(hào)而穿過專用帶通濾波器。帶通濾波器的截止頻率ω。ωΗ被設(shè)計(jì)成從輸出信號(hào)去除不接近調(diào)制頻率ω的所有頻率分量，S卩，帶通濾波器阻擋除了在C^ = ω-Δω/2和ωΗ = ω + Δ ω/2之間的頻率以外的每個(gè)頻率。經(jīng)過帶通濾波器的信號(hào)將表示散射IlR輻射，其強(qiáng)度可由信號(hào)振幅給出。上述電子濾波的不同實(shí)現(xiàn)可能受處理裝置8中使用軟件和/或硬件部件的數(shù)字信號(hào)處理的影響。然而，因處理速度的緣故，通過模擬電子器件來實(shí)現(xiàn)電子濾波可能是優(yōu)選的。在圖4所示的一個(gè)配置實(shí)例中，專用濾波硬件塊觀被設(shè)置成接近各個(gè)傳感器6，通常與傳感器6在同一基底或芯片M上。適當(dāng)?shù)?，硬件塊觀的模擬輸出信號(hào)可選地通過一個(gè)或多個(gè)復(fù)用器四輸送到一個(gè)或多個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器30，其將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成適于在處理裝置8(圖1Α)中的數(shù)字化處理的數(shù)字信號(hào)值。每個(gè)數(shù)字信號(hào)值可表示由各個(gè)傳感器6檢測(cè)的散射IlR輻射。A/D轉(zhuǎn)換器30可以或可以不被集成在基底24上。如圖4所示，濾波硬件塊觀可包括實(shí)現(xiàn)專用子步驟的子塊(示出兩個(gè)28' ,28")。在相敏檢波的實(shí)例中，濾波硬件塊觀可包括用于非線性混合的一個(gè)子塊觀‘、用于對(duì)混合信號(hào)進(jìn)行低通過濾的一個(gè)子塊(未示出)以及用于在曝光時(shí)間期間對(duì)經(jīng)濾波的混合信號(hào)求積分的一個(gè)子塊觀“。 在外差檢波的實(shí)例中，濾波硬件塊可以包括用于非線性混合的一個(gè)子塊觀‘和用于振幅檢波的一子塊觀“。在帶通檢波的實(shí)例中，濾波硬件塊可以包括用于模擬帶通濾波的一個(gè)子塊觀'和用于振幅檢波的一個(gè)子塊觀“。圖4中的配置確保來自各個(gè)傳感器的時(shí)間分辨輸出信號(hào)的有效局部預(yù)處理，并有助于降低對(duì)A/D轉(zhuǎn)換器30和處理裝置8的要求。在電子濾波的又一實(shí)現(xiàn)中，發(fā)射器22被調(diào)制以通過在開和關(guān)狀態(tài)之間切換發(fā)射器22來發(fā)出脈沖光。當(dāng)發(fā)射器22在關(guān)狀態(tài)中時(shí)，由相應(yīng)的傳感器6檢測(cè)的輻射被用作背景信號(hào)電平，當(dāng)發(fā)射器在開狀態(tài)中時(shí)，可從由相應(yīng)的傳感器6所檢測(cè)的輻射減去背景信號(hào)電平。這種調(diào)制要求傳感器6在至少兩倍于位置確定頻率(也稱為“更新頻率”，見下文) 的頻率處被采樣。這種電子濾波可能受處理裝置8中的數(shù)字信號(hào)處理的影響，或受可選地與傳感器6的陣列在同一基底/芯片M上的模擬電子器件的影響。在上述所有的實(shí)現(xiàn)中，調(diào)制頻率適當(dāng)?shù)剌^高并且與在普通光源中發(fā)現(xiàn)的振幅變化的任何頻率很好地間隔開，普通光源例如是燈泡(例如50/100ΗΖ)或其它電子設(shè)備。調(diào)制頻率也可以適當(dāng)?shù)嘏c可能由于日光干擾而發(fā)生的振幅變化的任何頻率間隔開，日光干擾例如是當(dāng)乘火車或汽車旅行時(shí)、當(dāng)物體在風(fēng)中移動(dòng)時(shí)、通過旋轉(zhuǎn)風(fēng)扇等可能發(fā)生的陽光的周期性阻擋。目前認(rèn)為，合適的調(diào)制頻率至少約0. 5kHz，且優(yōu)選地以間隔IkHz-IGHz被選擇。應(yīng)理解，來自傳感器6的輸出信號(hào)的任何形式的電子濾波可與傳感器6前面的光譜濾波器26的使用結(jié)合起來。這樣的結(jié)合可增加環(huán)境光的抑制和/或降低相應(yīng)的抑制技術(shù)實(shí)現(xiàn)一定程度的抑制所需的性能。
還應(yīng)當(dāng)注意，電子濾波以及光譜濾波也可有助于抑制來自所顯示的圖像的任何光，其被觸摸或非觸摸物體反射回到顯示區(qū)域。抑制這個(gè)反射回的光可降低檢測(cè)到例如由在外表面16上盤旋的物體所引起的錯(cuò)誤觸摸的風(fēng)險(xiǎn)。第二發(fā)明方面可以但不需要與第一發(fā)明方面相結(jié)合的第二發(fā)明方面是，照射前面板14的IlR輻射對(duì)人眼是不可見的，即，IlR輻射由紫外線輻射(UV，約300納米-400納米)、近紅外輻射 (NIR，約700納米-1400納米)和紅外輻射(IR，約1400納米-1毫米)的至少一種組成。 使用NIRAR輻射可能是優(yōu)選的，因?yàn)樗鼘?duì)人眼的傷害比UV輻射小。不可見輻射的使用可減少對(duì)所顯示的圖像的任何負(fù)面影響，其由在遠(yuǎn)離顯示區(qū)域 4，即，朝著觀看者的方向上來自前面板14的IlR輻射的電勢(shì)泄漏造成。應(yīng)理解，雖然前面板14被設(shè)計(jì)成包含通過內(nèi)部反射的照射輻射，但是面板14的外表面16上的污染物(例如灰塵、顆粒、指紋、液體等)或劃痕的不可避免的存在可引起IlR輻射的泄漏。如果IlR輻射對(duì)人眼是不可見的，則它不會(huì)削弱人對(duì)所顯示的圖像的感知。更進(jìn)一步地，可能期望提供帶防眩光結(jié)構(gòu)/層(未示出)的外表面16，以減少來自面板14的外表面16上的環(huán)境光的眩光。否則，這樣的眩光可能削弱外部觀察者觀看在顯示區(qū)域4中生成的圖像的能力。此外，當(dāng)觸摸物體20是裸露的手指時(shí)，手指和面板14之間的接觸通常在外表面16上留下指紋。在完全平坦的表面上，這樣的指紋清晰可見并且通常是不需要的。通過將防眩光結(jié)構(gòu)/層添加到外表面16，指紋的可見性減小了。此外，當(dāng)使用防眩光時(shí)，手指20和面板14之間的摩擦力減小，從而改善用戶的體驗(yàn)。防眩光以光澤度單位(GU)表示，其中較低的GU值導(dǎo)致較少的眩光。一般來說，防眩光結(jié)構(gòu)/層的設(shè)置導(dǎo)致來自面板14的輻射的大量泄漏。它可能因此對(duì)于人眼不可見的HR輻射很重要。此外，不可見輻射的使用可允許增加的信噪比，因?yàn)榕c可見輻射相比當(dāng)使用不可見輻射時(shí)可能在面板14內(nèi)使用增加強(qiáng)度的光照輻射。增加的強(qiáng)度將增加泄漏的風(fēng)險(xiǎn)，但輻射不可見并且不會(huì)被人眼對(duì)準(zhǔn)。更進(jìn)一步地，諸如熒光燈和LED燈的現(xiàn)代人工照明設(shè)備一般被設(shè)計(jì)成使發(fā)出的光集中到可見光譜。因此，通過由NIRAR輻射照射面板14并檢測(cè)穿過相應(yīng)的光譜帶通濾波器26的散射IlR輻射，可顯著減少來自這樣的環(huán)境光的任何影響。類似地，至少一些顯示技術(shù)使可見光主要從顯示區(qū)域4輻射。因此，檢測(cè)NIRAR中的散射IlR輻射可有助于有效地抑制被在外表面16上盤旋的物體反射回的來自顯示區(qū)域4的任何光。第三發(fā)明方面可以但不需要與第一和/或第二發(fā)明方面相結(jié)合的第三發(fā)明方面基于大多數(shù)顯示技術(shù)的像素6由或可以由IlR輻射可至少部分地透過的材料制造的認(rèn)識(shí)。根據(jù)第三發(fā)明方面，如圖5A所示，如從前表面16看到的，傳感器6的陣列因此被布置在像素2的陣列的后面。與傳感器與像素定義結(jié)構(gòu)一起被集成在公共基底上的常規(guī)的觸摸感測(cè)顯示器相比， 像素2的密度可以更高，因?yàn)閭鞲衅?的設(shè)置不影響像素2的密度。例如如果每個(gè)傳感器 6被布置成至少部分地與相應(yīng)的像素2重疊，則可以得到像素2的陣列的緊湊設(shè)計(jì)。此外，同樣如圖5A所示，上述光譜濾波器沈可被合并在像素2的陣列和傳感器6 的陣列之間，從而消除此濾波器26可能對(duì)所顯示的圖像的質(zhì)量有的任何電勢(shì)影響。此外， 代替向每個(gè)傳感器6提供專用光譜濾波器，一個(gè)大光譜濾波器沈可被用來覆蓋所有傳感器，降低了對(duì)光譜濾波器26和傳感器6之間的對(duì)準(zhǔn)的需要。如果顯示裝置被設(shè)置有TIR輻射可透過的背光燈，則傳感器6的陣列也可被放置在背光燈的后面，如圖5B所示。在上述所有發(fā)明方面中，傳感器6可檢測(cè)在廣角中的輻射，因此檢測(cè)來自除觸摸物體20以外的其它源的噪聲輻射。如果在外表面16中存在散射，除了由觸摸物體20引起的散射以外，IlR輻射可離開面板14并朝著傳感器6被表面16附近的物體反射或散射，在傳感器6中，它可以被檢測(cè)到并形成噪聲信號(hào)。如上所述，外表面16中的散射可由外表面 16上的污染物、劃痕或防眩光結(jié)構(gòu)引起。為減少來自IlR輻射的噪聲和被在外表面16上盤旋的物體散射的顯示光以及來自環(huán)境光的噪聲，透鏡31可被置于每個(gè)傳感器6的前面，如圖6A-6B所示。透鏡31例如微透鏡或GRIN(梯度折射率)透鏡可被布置成減小傳感器6 的視場(chǎng)(圖6A中的虛線所指示的)和/或促使傳感器6聚焦在外表面16上(圖6B)。通過減小如圖6A中所示的視場(chǎng)，傳感器6的陣列可產(chǎn)生更清晰的信號(hào)模式。圖6B示出聚焦的效果，其中在觸摸物體20上散射的輻射(左)被投射到與在盤旋物體20上散射的輻射 (右)相比更小的區(qū)域上。因此，通過使傳感器6聚焦在觸摸表面16上，由接觸觸摸表面 16的物體散射的輻射相對(duì)于其它輻射可被增強(qiáng)?；氐綀DIA的實(shí)施方式，面板被布置在面板14的邊緣32上或附近的發(fā)射器22照射。在一個(gè)實(shí)現(xiàn)中，發(fā)射器22被配置成發(fā)出在廣角光束中的IlR輻射，使得每個(gè)發(fā)射器22 照射面板14的絕大部分。在其他實(shí)現(xiàn)中，發(fā)射器22被配置成發(fā)出在窄角光束或可能準(zhǔn)直光束中的IlR輻射，因此可能需要更多的發(fā)射器22來使面板14充分充滿IlR輻射。在面板14中獲得TIR輻射的期望強(qiáng)度(“光照強(qiáng)度”)所需要的發(fā)射器22的數(shù)量由每個(gè)發(fā)射器22的輻射強(qiáng)度、來自每個(gè)發(fā)射器22的光束的寬度以及面板14的大小確定。發(fā)射器22可繞面板14的邊緣等距地放置，或者相互毗鄰的發(fā)射器22之間的距離可以被隨機(jī)化。該隨機(jī)距離可用于減少當(dāng)若干光源將相同波長的輻射射入面板中時(shí)可能出現(xiàn)的干擾現(xiàn)象。圖7示出可選的發(fā)射器配置，其中發(fā)射器22被布置在面板14的角附近或處。如虛線所指示的，這些角發(fā)射器22被定位，以便發(fā)出在廣角光束中的輻射，其中，光束的主要方向被引導(dǎo)到面板14的中心，以便使TIR輻射散布于面板14的盡可能大的部分上。角發(fā)射器22可被沿面板的側(cè)面邊緣的發(fā)射器補(bǔ)充或置換，面板的側(cè)面邊緣的發(fā)射器也可以指向面板的中心，以便最大化用于觸摸檢測(cè)的所發(fā)出的輻射的量。在一個(gè)實(shí)施方式中，發(fā)出的光束被阻止在面板內(nèi)傳播而不在至少外表面16中反射。穿過面板14傳播而不在外表面16中反射的光束的任何部分不利于觸摸檢測(cè)信號(hào)，因?yàn)榇溯椛洳荒鼙挥|摸物體阻擋。圖8是實(shí)施方式的側(cè)視圖，其中V形光偏轉(zhuǎn)器33被放置在發(fā)射器22和面板14之間以沿面板14的一個(gè)或多個(gè)外周邊緣32 (僅左邊被示出)延伸。光偏轉(zhuǎn)器33被配置成經(jīng)由傾斜的鏡表面；34、36使基本上平行于面板14的相對(duì)表面16、18發(fā)出的光線改變方向。具體來說，光線以確保通過全內(nèi)反射的傳播的角度朝著任一表面16、18被改變方向，適當(dāng)?shù)卦谟|摸表面16中有至少一個(gè)內(nèi)部反射。第四發(fā)明方面根據(jù)可以或可以不與第一、第二或第三發(fā)明方面的一個(gè)或多個(gè)相結(jié)合的第四發(fā)明方面，顯示裝置被配置成促使照射光在面板14的外表面16和相對(duì)表面18之間通過全內(nèi)反射傳播，以便傳播的輻射對(duì)著外周邊緣表面32被內(nèi)部地反射至少一次，表面32適當(dāng)與面板的平行表面16、18垂直。一般來說，這可以通過使至少一條光束入射到面板14中來實(shí)現(xiàn)， 以便在平行于外表面16的平面中的光束以不平行和不垂直于外周邊緣表面32的角度射到外周邊緣表面32。第四方面將有助于增加面板14中的光照強(qiáng)度。增加的光照強(qiáng)度可變成增大的 SNR,這可提高觸摸檢測(cè)的可靠性?？蛇x地，通過允許所發(fā)出的輻射的強(qiáng)度降低，增加的光照強(qiáng)度可變成顯示裝置的降低的功率消耗。在一個(gè)實(shí)施方式中，光束和外周邊緣表面32的法線之間的角度大于臨界角，使得光束將受到全內(nèi)反射。在另一實(shí)施方式中，外周表面邊緣的至少部分被設(shè)置有反射鏡或反射材料。增大光束和邊緣表面之間的可用角度的這樣的實(shí)施方式允許使用發(fā)散的光束而沒有輻射的過度泄露。圖9是面板14的側(cè)視圖，面板14設(shè)置有在一邊緣處的發(fā)射器22和光偏轉(zhuǎn)器33 以及在相對(duì)邊緣處的反射材料38。為進(jìn)一步增加光照強(qiáng)度，反射材料38被設(shè)置在光偏轉(zhuǎn)器 33和邊緣之間的分界面處。虛線示出在面板14內(nèi)的發(fā)出的輻射的輻射路徑。圖7中的實(shí)施方式可例如通過將反射鏡連接到或?qū)⒎瓷洳牧蠈訅旱讲慌c發(fā)射器 22相關(guān)的邊緣部分而同樣被設(shè)置有沿面板的邊緣32的反射表面32。圖10是另一實(shí)施方式的平面視圖，其中面板14的邊緣32被設(shè)置有反射材料38。 來自發(fā)射器(未示出)的輻射的光束B通過反射材料38中的開口所形成的入射口 40被入射到面板14中。光束B以一角度入射到面板14的邊緣32，引起入射光束B對(duì)著面板14的邊緣32的多次內(nèi)部反射。經(jīng)由多次反射，入射光束B覆蓋面板14的區(qū)域比其只經(jīng)過一次面板14的覆蓋區(qū)域大。在理想的情況下，每個(gè)光束B將停留在面板14內(nèi)，直到它通過一個(gè)或多個(gè)觸摸物體的散射/衰減、通過泄漏或通過體吸收完全減少。這可被用來減少在邊緣周圍的發(fā)射器的數(shù)量，或可被用來增加面板內(nèi)的光照強(qiáng)度?？蛇x地，它可以被用來降低發(fā)射器的強(qiáng)度。如果被用來增加面板14內(nèi)的光照強(qiáng)度，則它可進(jìn)一步允許傳感器6所檢測(cè)到的信號(hào)的降低的電子放大，這可降低傳感器6被環(huán)境光飽和的風(fēng)險(xiǎn)?？赡芷谕姘?4的體吸收被最小化，使得光束B可在面板14內(nèi)傳播更長時(shí)間。至少對(duì)于NIRAR輻射，這可通過使用PMMA制成的面板實(shí)現(xiàn)，因?yàn)镻MMA具有比例如玻璃低的在此波長范圍內(nèi)的吸收。在圖10的實(shí)施方式中，楔子42被連接到入射口 40以使光束B耦合進(jìn)面板14。楔子42的折射率適當(dāng)?shù)仄ヅ涿姘?4的折射率。為了最小化反射損失，楔子42具有光束接收表面44，其基本上垂直于光束B的主方向。圖10的實(shí)施方式可被設(shè)置有任何數(shù)量的入射口 40。每個(gè)入射口 40的面積與相關(guān)邊緣32的面積相比優(yōu)選地小(一般< 20%，優(yōu)選地< 10%、< 5%或< 2% )，并且入射口的總面積與面板14的總邊緣表面相比優(yōu)選地小(通常< 20%，優(yōu)選地< 10%、< 5%或 < 2% ),使得入射光束B更可能在面板14的邊緣32中反射，而不是穿過入射口 40逸出面板14。使用一個(gè)或多個(gè)激光器或激光二極管如發(fā)射器以提供高強(qiáng)度的平行輻射和窄光譜帶寬可能是有利的。應(yīng)注意，第四發(fā)明方面的內(nèi)部邊緣反射將不會(huì)干擾上述有關(guān)第一發(fā)明方面的頻率調(diào)制，因?yàn)槿肷涞矫姘逯械妮椛鋵⒃诒劝l(fā)射器的振幅調(diào)制的時(shí)間尺度短的時(shí)間尺度內(nèi)被面板吸收或泄漏出面板。教據(jù)處理在以上所述的所有發(fā)明方面、實(shí)施方式、配置、布置、可選方案和變化形式中，處理裝置8(圖1A)可被配置成在感測(cè)事件過程中基于傳感器6的輸出信號(hào)來計(jì)算接觸面板14 的物體20的位置。當(dāng)傳感器6的陣列內(nèi)的所有傳感器被讀取時(shí)，感測(cè)事件被形成。系統(tǒng)的時(shí)間分辨率由更新頻率確定，更新頻率是感測(cè)事件的頻率。例如，對(duì)于為筆跡的記錄而設(shè)計(jì)的系統(tǒng)，可能期望有至少50-75HZ的更新頻率，而其它應(yīng)用可能需要更低或更高的時(shí)間分辨率。觸摸感測(cè)顯示裝置可被操作來在感測(cè)事件的過程中確定接觸面板的不僅一個(gè)物體而且多個(gè)物體的位置。只有照射輻射的部分被每個(gè)觸摸物體吸收/散射，而其余照射輻射繼續(xù)在面板內(nèi)通過內(nèi)部反射傳播。因此，如果兩個(gè)觸摸物體在光束的主方向上正好放置在彼此之后，則光束的部分將與這兩個(gè)物體相互作用。假定光束能量足夠，來自兩個(gè)物體的散射輻射可使用來自該光束的輻射被檢測(cè)到。為了增強(qiáng)檢測(cè)多個(gè)觸摸物體的能力，照射面板以便外表面的每個(gè)區(qū)域被至少兩條光束照射可能是有利的。如果第一光束被一個(gè)或多個(gè)觸摸物體嚴(yán)重減弱，則很可能第一光束的路徑中的另一觸摸物體將與輻射的第二光束相互作用以生成足夠量的散射輻射。技術(shù)人員將很容易認(rèn)識(shí)到，存在用于確定觸摸位置的很多方法。圖11是在處理裝置中執(zhí)行的一個(gè)這樣的示例性方法的流程圖。在第一步驟60中，從顯示裝置中的傳感器采集輸出信號(hào)。這些輸出信號(hào)表示在感測(cè)事件的過程中由顯示區(qū)域接收的輻射的分布(可選地在有限的光譜通帶內(nèi))。然后，在步驟62中，輸出信號(hào)被預(yù)處理。例如，使用標(biāo)準(zhǔn)濾波技術(shù)例如低通濾波、 中值濾波器、傅立葉平面濾波器等可處理輸出信號(hào)用于噪聲抑制。此外，此步驟可涉及使用電子濾波來去除/抑制環(huán)境光，除非濾波由與相應(yīng)的傳感器相關(guān)的處理硬件完成，如上面關(guān)于第一發(fā)明方面所述的。也應(yīng)理解，例如，如果環(huán)境光被光譜濾波器去除/抑制，則步驟 62可以被省略。在步驟64中，從預(yù)處理的輸出信號(hào)減去背景數(shù)據(jù)。背景數(shù)據(jù)適當(dāng)?shù)厥嵌S的，即， 對(duì)每個(gè)傳感器是特定的，并且可以是時(shí)間不變的，例如在前面的校準(zhǔn)階段被采樣?？蛇x地， 通過間歇性地重復(fù)校準(zhǔn)階段，背景數(shù)據(jù)可被不斷更新以減少觸摸表面上的其余指紋和其它污染物的影響。圖12示出重疊在圖IA的顯示裝置上的經(jīng)預(yù)處理和背景校正的圖像數(shù)據(jù)， 其中兩個(gè)觸摸物體由傳感器6的兩個(gè)相干組46、48中的信號(hào)表示。在步驟66中，基于從輸出信號(hào)得到的圖像數(shù)據(jù)來確定觸摸位置。在第一子步驟中，聚類算法(斑塊檢測(cè))被應(yīng)用到圖像數(shù)據(jù)以使檢測(cè)相同觸摸物體的傳感器聚集。第一子步驟可以基于任何已知的斑塊檢測(cè)算法，如基于微商表達(dá)式的微分方法和基于圖像數(shù)據(jù)中的局部最大值的方法。一個(gè)廣泛使用的算法是高斯拉普拉斯(LoG)。第一子步驟導(dǎo)致由觸摸物體引起的一組電勢(shì)區(qū)域。在第二子步驟中，觸摸位置使用檢測(cè)信號(hào)的強(qiáng)度被計(jì)算為每個(gè)電勢(shì)區(qū)域中的傳感器的“質(zhì)量中心”P = ^'Pb
其中，Ib是給定傳感器的散射信號(hào)的強(qiáng)度，而;^^是給定傳感器的位置。對(duì)已被聚集到特定區(qū)域/斑塊中的所有傳感器評(píng)估總和。結(jié)果7因此是觸摸位置。在一個(gè)變化形式中，圖像數(shù)據(jù)被處理用于除了每個(gè)觸摸物體的位置以外的其它觸摸數(shù)據(jù)的確定。例如，在步驟66中，可對(duì)圖像數(shù)據(jù)操作本領(lǐng)域的技術(shù)人員眾所周知的方法以對(duì)每個(gè)觸摸物體產(chǎn)生其接觸面積、形狀、散射光強(qiáng)度等的測(cè)量。在步驟68后，所確定的觸摸數(shù)據(jù)被輸出，并且處理返回到步驟60用于即將到來的感測(cè)事件的處理。上面主要參考幾個(gè)實(shí)施方式描述了本發(fā)明。然而，如本領(lǐng)域的技術(shù)人員很容易認(rèn)識(shí)到的，除上文所公開的實(shí)施方式以外的其它實(shí)施方式同樣可能在本發(fā)明的范圍內(nèi)。本發(fā)明的不同特征可以合并在除所描述的那些組合的其它組合中。本發(fā)明的范圍僅由所附的專利權(quán)利要求限定和限制。例如，傳感器可以被優(yōu)化以檢測(cè)在特定波長范圍內(nèi)的光，該特定波長范圍適當(dāng)?shù)貙?duì)應(yīng)于面板中的照射輻射的波長。此外，觸摸感測(cè)系統(tǒng)的空間分辨率由傳感器的密度，S卩，顯示區(qū)域中每單位面積的傳感器的數(shù)量限定。因此，任何期望的分辨率可以被實(shí)現(xiàn)，假定足夠數(shù)量的傳感器被使用且足夠量的輻射被引入到面板中。此外，空間分辨率可以在觸摸感測(cè)顯示裝置的操作過程中通過使若干傳感器失效而變化，并且不同的空間分辨率可以在顯示區(qū)域的不同部分被實(shí)現(xiàn)。前面板14不需要是連接到顯示設(shè)備的前端部的單獨(dú)部件，如LCD、等離子體顯示器或OLED顯示器。相反，前面板可由這樣的顯示設(shè)備的整體部分形成，例如基本上透射照射輻射并允許照射輻射通過內(nèi)部反射傳播的保護(hù)性玻璃板或前層。甚至可以設(shè)想，照射輻射被允許貫穿整個(gè)顯示設(shè)備傳播。在這樣的實(shí)施方式中，根據(jù)第三發(fā)明方面，將傳感器的陣列布置在顯示設(shè)備的后面可能是優(yōu)選的。為了避免檢測(cè)還沒被觸摸物體散射的傳播IlR輻射，傳感器可以被布置成與顯示設(shè)備的后面有空氣間隙。這樣的空氣間隙會(huì)形成IlR表面， 其防止在顯示設(shè)備中傳播的光到達(dá)傳感器，同時(shí)允許被觸摸物體散射的光到達(dá)傳感器。在一個(gè)變化形式中，這樣的IlR表面可由傳感器前面的固體材料/層的合適組合形成。在所有上述實(shí)施方式和發(fā)明方面中，光可穿過觸摸表面16和/或相對(duì)表面18入射到面板中，而不是(或作為對(duì))穿過面板邊緣32入射(的補(bǔ)充)。例如，楔子(例如類似于圖10中的楔子4 可被布置成與表面16、18接觸以使光束耦合進(jìn)面板14。
權(quán)利要求
1.一種集成觸摸感測(cè)顯示裝置，包括界定顯示區(qū)域的圖像元素O)的陣列；被集成在所述顯示區(qū)域內(nèi)的光感測(cè)元件(6)的陣列；光導(dǎo)(14)，其位于所述顯示區(qū)域的前面以界定觸摸表面(16)；光源裝置(22)，其用于在所述光導(dǎo)(14)內(nèi)提供照射光，以便接觸所述觸摸表面(16)的物體00)使所述照射光的一部分朝著所述顯示區(qū)域(4)散射；以及處理元件(8)，其被配置成基于來自所述光感測(cè)元件(6)的輸出信號(hào)來得到表示射在所述顯示區(qū)域(4)上的不包括環(huán)境光的光的圖像數(shù)據(jù)，并基于所述圖像數(shù)據(jù)來確定在所述觸摸表面(16)上的所述物體00)的位置。
2.如權(quán)利要求1所述的集成觸摸感測(cè)顯示裝置，還包括用于抑制所述環(huán)境光的濾波裝置(26,28)。
3.如權(quán)利要求2所述的集成觸摸感測(cè)顯示裝置，其中，所述光源裝置0 被配置成以預(yù)定調(diào)制頻率調(diào)制所述照射光，并且其中，所述濾波裝置(28)包括用于在所述調(diào)制頻率處鎖定檢波的電路)，所述電路對(duì)來自所述光感測(cè)元件(6)的所述輸出信號(hào)進(jìn)行操作。
4.如權(quán)利要求2所述的集成觸摸感測(cè)顯示裝置，其中，所述光源裝置0 被配置成以預(yù)定調(diào)制頻率調(diào)制所述照射光，并且其中，所述濾波裝置包括至少一個(gè)帶通濾波器 (28')，該至少一個(gè)帶通濾波器)對(duì)來自所述光感測(cè)元件(6)的所述輸出信號(hào)進(jìn)行操作以去除在所述調(diào)制頻率周圍的通帶之外的頻率。
5.如權(quán)利要求4所述的集成觸摸感測(cè)顯示裝置，其中，所述至少一個(gè)帶通濾波器 (28')包括模擬濾波電路。
6.如權(quán)利要求4或5所述的集成觸摸感測(cè)顯示裝置，其中，所述光感測(cè)元件(6)的陣列和所述至少一個(gè)帶通濾波器)被集成在公共基底04)上。
7.如權(quán)利要求3-6的任一項(xiàng)所述的集成觸摸感測(cè)顯示裝置，其中，所述調(diào)制頻率為至少約 0. 5kHz ο
8.如權(quán)利要求2-7的任一項(xiàng)所述的集成觸摸感測(cè)顯示裝置，其中，所述光源裝置02) 被配置成提供在有限波長范圍中的所述照射光，并且其中，所述濾波裝置包括被布置在所述光感測(cè)元件(6)的前面以便相對(duì)于所述照射光抑制所述環(huán)境光的至少一個(gè)光譜通帶濾波器(26)。
9.如任一項(xiàng)前述權(quán)利要求所述的集成觸摸感測(cè)顯示裝置，其中，所述照射光對(duì)人眼是不可見的。
10.如權(quán)利要求9所述的集成觸摸感測(cè)顯示裝置，其中，所述照射光在超過700nm的波長范圍內(nèi)。
11.如任一項(xiàng)前述權(quán)利要求所述的集成觸摸感測(cè)顯示裝置，其中，所述光感測(cè)元件(6) 的至少一個(gè)子集被設(shè)置有界定所述光感測(cè)元件(6)的視場(chǎng)的相應(yīng)的透鏡設(shè)備(31)。
12.如權(quán)利要求11所述的集成觸摸感測(cè)顯示裝置，其中，所述透鏡設(shè)備(31)被布置成使所述觸摸表面(16)的區(qū)域聚焦在所述光感測(cè)元件(6)上。
13.如任一項(xiàng)前述權(quán)利要求所述的集成觸摸感測(cè)顯示裝置，其中，所述光導(dǎo)(14)由界定所述觸摸表面(16)、平行的相對(duì)表面(18)和外周邊緣表面(3 的固體材料制成，所述外周邊緣表面(3 垂直于所述觸摸表面(16)并將所述觸摸表面(16)連接到所述相對(duì)表面(18)，其中，光源裝置0 和光導(dǎo)(14)的組合被布置成使所述照射光在所述觸摸表面(16) 和所述相對(duì)表面(18)之間通過全內(nèi)反射傳播，以便傳播的光對(duì)所述外周邊緣表面(32)被內(nèi)部地反射至少一次。
14.如權(quán)利要求13所述的集成觸摸感測(cè)顯示裝置，其中，所述光源裝置0 被布置成使至少一條光束入射到所述光導(dǎo)(14)中，以便在平行于所述觸摸表面(16)的平面中的所述光束與所述外周邊緣表面的法線成角度α射到所述外周邊緣表面(3 ，0< α <90°。
15.如權(quán)利要求14所述的集成觸摸感測(cè)顯示裝置，其中所述角度被選擇成引起所述光束對(duì)所述外周邊緣表面(3 的多次反射。
16.如權(quán)利要求13-15的任一項(xiàng)所述的集成觸摸感測(cè)顯示裝置，其中，所述外周邊緣表面(32)被至少部分地設(shè)置有反射材料(38)。
17.如權(quán)利要求16所述的集成觸摸感測(cè)顯示裝置，其中，所述光源裝置0 被配置成使所述光束穿過包括所述反射材料(38)中的開口的入射口 GO)入射。
18.如權(quán)利要求17所述的集成觸摸感測(cè)顯示裝置，還包括光透射率匹配的楔子(42)， 所述楔子0 被布置在所述開口上，以便所述楔子0 的光束接收表面G4)垂直于所述光束的主方向。
19.如權(quán)利要求17或18所述的集成觸摸感測(cè)顯示裝置，包括一組入射口(40)，每個(gè)入射口 GO)包括在所述反射材料(38)中的開口，所述開口的總表面面積小于所述外周邊緣表面(32)的總表面面積的10%，并且優(yōu)選地小于2%。
20.如任一項(xiàng)前述權(quán)利要求所述的集成觸摸感測(cè)顯示裝置，還包括在所述光源裝置 (22)和所述光導(dǎo)(14)之間的角度控制元件(33)，所述角度控制元件(3 被配置成防止所述照射光穿過所述光導(dǎo)(14)傳播而不在所述觸摸表面(16)中反射。
21.如權(quán)利要求20所述的集成觸摸感測(cè)顯示裝置，其中，所述角度控制元件(3 被配置成接收由所述光源0 發(fā)出的光的至少一部分，并且使因此被接收的光改變方向以在所述觸摸表面(16)中反射。
22.如任一項(xiàng)前述權(quán)利要求所述的集成觸摸感測(cè)顯示裝置，其中，從所述觸摸表面 (16)看，所述光感測(cè)元件(6)的陣列位于所述圖像元素(2)的陣列的后面。
23.如權(quán)利要求22所述的集成觸摸感測(cè)顯示裝置，其中，每個(gè)光感測(cè)元件(6)被布置成至少部分地與相應(yīng)的圖像元素( 重疊。
24.如任一項(xiàng)前述權(quán)利要求所述的集成觸摸感測(cè)顯示裝置，其中，所述處理元件(8)被配置成通過識(shí)別所述圖像數(shù)據(jù)中的高強(qiáng)度區(qū)域來確定所述物體OO)的位置。
25.一種操作集成觸摸感測(cè)顯示裝置的方法，所述裝置包括界定顯示區(qū)域的圖像元素( 的陣列、被集成以在所述顯示區(qū)域內(nèi)感測(cè)光的光感測(cè)元件(6)的陣列、位于所述顯示區(qū)域的前面以界定觸摸表面(16)的光導(dǎo)(14)以及光源裝置0 ；所述方法包括控制所述至少一個(gè)光源裝置0 以在所述光導(dǎo)(14)內(nèi)提供照射光，以便接觸所述觸摸表面(16)的物體OO)使所述照射光的一部分朝著所述顯示區(qū)域(4)散射；基于來自所述光感測(cè)元件(6)的輸出信號(hào)來得到表示射在所述顯示區(qū)域(4)上的不包括環(huán)境光的光的圖像數(shù)據(jù)，以及基于所述圖像數(shù)據(jù)來確定在所述觸摸表面(16)上的所述物體OO)的位置。
26.如權(quán)利要求25所述的方法，還包括控制所述光源裝置0 以預(yù)定調(diào)制頻率調(diào)制所述照射光，并對(duì)來自所述光感測(cè)元件(6)的所述輸出信號(hào)操作用于在所述調(diào)制頻率處鎖定檢波的電路)。
27.如權(quán)利要求25所述的方法，還包括控制所述光源裝置0 以預(yù)定調(diào)制頻率調(diào)制所述照射光，并且從至少一個(gè)帶通濾波器)得到所述圖像數(shù)據(jù)，所述至少一個(gè)帶通濾波器)對(duì)來自所述光感測(cè)元件(6)的所述輸出信號(hào)進(jìn)行操作以去除在所述調(diào)制頻率周圍的通帶之外的頻率。
28.如權(quán)利要求25-27的任一項(xiàng)所述的方法，還包括操作所述光源裝置0 以提供在有限波長范圍中的所述照射光，其中，至少一個(gè)波長濾波器06)被布置在所述光感測(cè)元件 (6)的前面以便相對(duì)于所述照射光抑制所述環(huán)境光。
29.如權(quán)利要求觀所述的方法，其中，所述照射光在超過700nm的波長范圍內(nèi)。
30.如權(quán)利要求25- 的任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述光導(dǎo)(14)由界定所述觸摸表面 (16)、平行的相對(duì)表面(18)和外周邊緣表面(3 的固體材料制成，所述外周邊緣表面(32) 垂直于所述觸摸表面(16)并將所述觸摸表面(16)連接到所述相對(duì)表面(18)，所述方法還包括操作所述光源裝置0 以使所述照射光在所述觸摸表面(16)和所述相對(duì)表面(18) 之間通過全內(nèi)反射傳播，以便傳播的光對(duì)所述外周邊緣表面(3 被內(nèi)部地反射至少一次。
31.如權(quán)利要求30所述的方法，其中所述光源裝置02)被操作來引起所述光束對(duì)所述外周邊緣表面(32)的多次反射。
32.如權(quán)利要求25-31的任一項(xiàng)所述的方法，其中，確定所述位置包括識(shí)別所述圖像數(shù)據(jù)中的高強(qiáng)度區(qū)域。
33.一種包括程序指令的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，所述程序指令當(dāng)由處理器執(zhí)行時(shí)，促使所述處理器執(zhí)行權(quán)利要求25-32的任一項(xiàng)的所述方法。
全文摘要
一種集成觸摸感測(cè)顯示器被操作來檢測(cè)在觸摸表面上的一個(gè)或多個(gè)物體的位置。該集成觸摸感測(cè)顯示器界定顯示區(qū)域。光導(dǎo)(14)被布置在顯示區(qū)域上以界定觸摸表面(16)。光導(dǎo)(14)被內(nèi)部地照射，以便接觸觸摸表面(16)的物體(20)使照射光的部分朝向顯示區(qū)域散射。光傳感器(6)的陣列被集成在顯示區(qū)域內(nèi)以檢測(cè)散射光?；趤碜怨鈧鞲衅?6)的輸出信號(hào)，處理元件得到表示射在顯示區(qū)域上的不包括環(huán)境光的光的圖像數(shù)據(jù)，并確定在觸摸表面(16)上的物體(20)的位置。環(huán)境光可由在每個(gè)光傳感器(6)前面的光譜通帶濾波器抑制，和/或通過來自傳感器(6)的輸出信號(hào)的電子濾波抑制。光導(dǎo)(14)可由不可見光照射，并且可被布置成促使照射光束在光導(dǎo)(14)的外周邊緣表面處被內(nèi)部地反射，以便增加在光導(dǎo)(14)內(nèi)的照射光的強(qiáng)度。
文檔編號(hào)G06F3/042GK102209949SQ200980144965
公開日2011年10月5日 申請(qǐng)日期2009年11月12日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月12日
發(fā)明者奧拉·瓦斯維克, 托馬斯·克里斯蒂安松 申請(qǐng)人:平蛙實(shí)驗(yàn)室股份公司