CN1867881B - 确定辐射散射/反射件的位置的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于确定辐射散射/反射件的位置的方法和系统，其中该辐射发射器设置在辐射入射在其上的辐射透射件的表面上。该入射辐射被该散射/反射件散射/漫射/反射，并被该透射件朝能够确定该元件的位置的检测器导向。

Description

确定辐射散射/反射件的位置的系统和方法
技术领域
本发明涉及一种确定辐射散射/反射/漫射件的位置的系统和方法，并尤其涉及用于例如手指触控的触控板或类似物。
背景技术
手指触控/触控板领域内存在许多不同的技术，但是大部分技术的缺陷是实际的触控板易损害并且容易破裂。
通常，例如US-A-4346376，4484179，4668933，5945981和6122394以及US2003/0048257和2003/0052257内总体说明了触控板。
发明内容
本发明涉及一种可与多种不同类型的物体例如手指和非活动(仅反射或散射入射的辐射)物体一起使用的不平的、简单和便宜的触控板技术。
在第一方面，本发明涉及一种用于确定辐射反射/散射元件的位置的系统，该系统包括：
-辐射透射件或板，具有适合于将被反射/散射件接合的第一表面部分和与该第一表面部分相对的第二表面部分，该透射件适合于通过内反射将被反射/散射光引导到检测装置。
-用于向该透射件内以及该第一表面部分上提供辐射的装置，
-用于检测由该辐射提供装置提供的并且当该反射/散射件在该第一表面上的位置处接合该表面时被该反射/散射件反射/散射的辐射，并输出与辐射的入射角相关的信号的装置，该检测装置包括至少一个至少一维检测器，该检测器包含多个检测件，每个检测件适合于检测辐射并输出相应信号，该检测装置还包括至少一个适合于调制入射在该检测件上的辐射的孔、针孔或透镜，和
-用于根据角信号确定反射/散射件在该第一表面部分上的接合位置的装置。
在此上下文内，“透射”是指透射足够量的辐射以允许敏感测量。根据透射件的程度很少的吸收不是问题。
一般的，透射件通常是扁平件，但是也可使用任何形状例如弯曲形状。
角信号可以是描述角的任何信号，例如数字信号或电压。另外，数字可描述角。
入射角通常是相对于与例如检测器有关的预定轴。
透射件适合于通过内反射将被反射/散射的光导向到检测装置。因此，该检测装置优选地适合于检测已被该透射件沿至少总体上与该第一表面部分平行的方向透射的辐射。
本发明的提供角灵敏检测装置的方式是使该装置具有至少一个至少一维检测器，该检测器包含多个检测件，每个检测件适合于检测辐射并输出相应信号，该检测装置还包括至少一个适合于调制入射在该检测件上的辐射的孔、针孔或透镜。
在本上下文内，调制是空间调制，通过该调制，在检测器的尺寸上的强度依赖于辐射散射或反射的位置。
在一个实施例内，辐射提供装置包括用于将从第一表面部分穿过透射件到第二表面部分的辐射反射回该透射件内的反射装置。这可以是例如环境光或来自安置成朝第一表面部分提供辐射的辐射提供者的辐射。
在另一个实施例内，辐射提供装置包括安置在透射件的与第一表面部分相对的第二表面部分上并以通过透射件将辐射发射到第一表面部分上的方式安置的监控器或屏幕。然后，该监控器或屏幕应适合于向第一表面部分的不同区域提供不同特性的辐射。在此上下文内，特性是辐射可具有的任何特性：波长、频率、调制、极化、强度。
在此情况下，除了角信息之外，还可使用关于被检测的特性的信息来确定辐射的起源(漫射等)的位置。
另外，在此实施例内，透射件优选地还包括用于转换来自监控器或屏幕的辐射的装置，其中该转换装置适合于向第一表面部分的不同区域提供不同特性的辐射，并且该检测装置也适合于检测不同特性。
因此，辐射通常被导向而在该透射件内没有任何严重的反射或漫射。反射在透射件的边缘发生以便朝检测器导向辐射。但是，在散射/漫射/反射件接触表面的位置处，辐射将经历漫射/散射/反射并从其来源路径改变方向。
就此而论，很清楚将通常沿第一表面部分的方向朝该检测器导向辐射。但是，辐射可在与此表面部分成角度的方向行进，并可被透射件的表面反射。但是，总的方向不会被这样的反射影响。
透射件可以为板形或片形，并且该检测装置包括检测器和用于与透射件接合以便将被该透射件透射的辐射传送给检测器的传送装置。当例如透射件的边缘不可接近时(这是例如存在商店窗户的情况)这是有利的。这样，传送装置实际上可不安置在透射件的边缘，而是通过接合透射件并从而除去例如在该位置处的内反射导向提取被反射/散射的辐射的一部分。
在一个实施例内，透射件在其的第一表面部分包括用于转换来自监控器或屏幕并被该反射/散射装置反射/散射的辐射的装置，其中该转换装置适合于从该第一表面部分的不同区域提供不同特性的辐射，并且该检测装置也适于检测不同特性。在此情况下，特性并不仅是上文列出的那些特性，而且还是空间信息例如由例如条形码或其他图案提供的信息。当正确引导此图案时，角敏感检测器可识别该图案。
另外，此检测装置可包括用于过滤入射在该检测元件上的辐射的装置。得到的信息可与波长有关，其可用于确定位置。如果在第一表面部分的不同区域反射/散射的辐射具有依赖于到检测装置的距离的不同波长，则该检测装置可检测到角度，从而可确定全部位置。
一个感兴趣的实施例是一个还包括安置在第二表面部分上的第二装置的实施例，该第二装置适合于沿该透射件内的并与第一表面部分成第二角度的方向反射或散射具有第一波长并且从第一表面部分且与该第一表面部分成第一角度入射在该第二表面上的辐射，该第二角度小于第一角度。
这样，以其下不会发生内反射的角度进入透射件的辐射可被重新改变为这样的角度，即实际在该角度下导向光。
这样，被没有均匀地触摸第一表面部分的元件反射/散射的光可被透射件收集和导向。
在一种情况下，在第二表面区域的预定区域内设置第二反射/散射装置。然后，为了能够只进行角检测，检测装置和预定区域可设置在这样的位置使得对于多个预定区域中的每一个，沿预定区域和检测装置之间的直线不存在其它预定区域。
为了还能够以其中反射/散射件必须触摸第一表面部分的模式操作，第二反射/散射装置还可适合于将具有与第一波长不同的第二波长并与第一表面部分成第三角度的辐射以至少等于第三角度的角度反射回第一表面部分。
另一个感兴趣的实施例是包括用于向第一表面部分的预定区域提供辐射的第二装置，该第二提供装置适合于防止辐射入射到与预定区域相邻的区域上。
该第二提供装置可包括在或位于第一表面部分的相邻区域上的辐射阻隔(吸收、沿光不干涉的方向反射等)区域。
当预定区域是例如长度为1/2-20cm例如1-5cm优选地为11/2-3cm的长形时，此实施例可用于例如获得人的指印。手指移动(同时触摸)通过槽(优选地与从槽到检测器的方向成一定角度)，从而角度灵敏检测器将检测到手指的峰和谷的辐射散射/反射之间的差别。
在优选实施例中，该系统还包括：
-适合于朝辐射透射件的第一表面将电磁辐射传输到该辐射透射件内的一个或多个辐射发射器，
-用于防止辐射直接从发射器行进到检测器的装置。
在此上下文内，从发射器到检测器的直线路径是沿在透射件和任何反射器的表面的辐射的独立于其反射的总方向的路径。
这样，可沿朝向检测器的方向发射辐射，但是可防止此辐射到达检测器以便不会“遮蔽(blind)”检测器。
优选地，在与检测器相对的位置设置辐射发射器，这意味着在辐射透射件的侧面没有安置检测器(例如在检测器视线内的位置)。这样，被反射/散射件散射的辐射强度在距离检测器最远处最高，在此位置和检测器之间体验到最大强度损耗。反射/散射距离检测器越近，则检测器和反射/散射之间的辐射损耗最低，但是辐射发射器和反射/散射位置之间的强度损耗越高。因此，可在距离检测器最远处的位置获得较高的灵敏度。
在另一优选实施例内，该系统还包括用于检测反射/散射件推动辐射透射件的力的力敏感装置。
此力检测可用于使系统脱离睡眠模式(功耗节省模式，在该模式下任何光发射器就像许多检测器和一部分电子器件似的打开或关闭)，或仅为了提供散射装置朝第一表面的凹陷(预期反射/散射)的第二指示。从而，当力传感器没有检测到或检测到很小的力时可忽略反射/散射(不感兴趣)。
辐射透射件可至少在第一表面部分不具有除了其表面以及透射件和(通常)空气的折射率之间的差提供的反射的其它朝检测器传送辐射的方式。这样，即使在第二表面部分存在反射器，辐射在透射件内的透射可由辐射的全部内反射执行。但是，此操作要求辐射必须与第一表面成一定角度，并且系统尤其能够检测到没有触摸到第一表面部分或者仅在第一表面部分具有微弱的光反射/散射。
另一个实施例涉及增加可在透射件内传送的角度的范围。此实施例是包含位于第二表面部分处的检测器并且还包括沿第一表面部分的方向延伸并具有多个预定区域的反射件的实施例，该反射件适合于在该区域内提供从第一表面部分朝第二表面部分的辐射透射，并且在该区域外将从第二表面部分朝第一表面部分行进的辐射反射回第二表面部分。
这些区域可仅是反射件内的开口或孔。可选择地，可使用透镜等。
反射件可安置在第一表面部分上或在透射件内。
目前，进入透射件并在反射件的区域穿过该反射件的辐射将进入该反射件和在第二表面部分的反射器之间的“通道”。辐射能够经由另一个区域脱离此通道，但是反射器将朝检测器传送大部分辐射。因此，因为传送目前不需要被全部内反射的角度要求约束，所以可支持较陡的角度。
这样，来自不接触第一表面部分的元件的辐射可进入透射元件并经过区域进入“通道”，此后被传输到检测器。
另外，来自散射/反射元件的辐射可通过多个区域进入“通道”，且检测装置和/或确定装置将能够确定出区域的位置并从中确定出来自散射/反射元件的辐射。
本发明的第二方面涉及一种用于确定辐射反射/散射元件的位置的方法，该方法包括：
-向透射件或板内以及向该透射件的第一表面部分上提供辐射，该辐射透射件还具有与该第一表面部分相对的第二表面部分，
-在反射/散射件和辐射透射件的第一表面部分之间提供接合，
-通过辐射透射件内的内反射将反射/散射光导向给检测装置，
-使用至少一个孔、真空或透镜调制入射在检测装置上的辐射，
-使用至少一维检测器检测由辐射提供装置提供的、被在第一表面部分的位置接合该第一表面部分的反射/散射件反射/散射的、并且被至少一个孔、真空或透镜调制的辐射，并提供与辐射入射角相关的信号，该检测器包括多个检测件，每个检测件检测辐射并输出对应的信号，以及
-根据角信号确定反射/散射件在第一表面部分上的接合位置。
此接合优选地通过使反射/散射件在至少一个区域触摸表面部分来得到。
在一个实施例内，辐射提供步骤包括将从第一表面部分到第二表面部分穿过透射件的辐射反射回透射件。
在另一个实施例内，辐射提供步骤包括从安置在透射件的与第一表面部分相对的第二部分处的并以可发射辐射通过透射件到达第一表面部分上的方式设置的监控器或屏幕提供辐射。然后，监控器或屏幕可向第一表面部分的不同区域提供不同特性的辐射。另外，辐射提供步骤可包括转换来自监控器或屏幕的辐射，其中该转换步骤包括向第一表面部分的不同区域提供不同特性的辐射，并且检测步骤还包括检测不同特性。
另外，优选地，透射件的形状为板或片，并且检测步骤包括将透射件透射的入射传送到检测器。同样，如果通过接合透射件和第二透射件并从而在第二透射件内接收到被散射/反射的辐射提供传送，在该第二透射件内检测到辐射，则这提供了不需要到达透射件的边缘的设置。
在一个实施例内，该方法还包括在第一表面部分转换来自监控器或屏幕并被反射/散射装置反射/散射的辐射，其中该转换步骤包括从第一表面部分的不同区域提供不同特性的辐射，并且该检测步骤还包括检测不同特性。
除了调制入射在检测器上的辐射之外，提供信息的方式还可以是使检测步骤包括过滤入射在检测件上的辐射。
另一个实施例还包括在第二表面部分处沿透射件内的并与第一表面部分成第二角度的方向反射或散射具有第一波长并且从第一表面部分并与第一表面部分成第一角度地入射在该第二表面上的辐射的第二步骤，该第二角度小于第一角度。
然后，在第二表面区域的预定区域内执行第二反射/散射步骤。此外，此实施例可然后包括将检测装置和预定区域安置成使得对于多个预定区域中的每一个，沿预定区域和检测装置之间的直线不存在其它预定区域。
第二反射/散射步骤还可包括将具有与第一波长不同的第二波长并与第一表面部分成第三角度的辐射以至少等于第三角度的角度反射回第一表面部分。
在另一个实施例内，该提供步骤包括向第一表面部分的预定区域提供辐射，该第二提供步骤包括防止辐射入射到与预定区域相邻的区域上。该第二提供步骤可包括阻止或阻挡辐射在或到第一表面部分的相邻区域。
然后，该提供步骤可包括向长形区域例如长度为1/2-20cm例如1-5cm优选地为11/2-3cm的区域提供辐射，以便其适合于手指宽度。
在优选实施例中，该方法还包括以下步骤：
-一个或多个辐射发射器朝辐射透射件的第一表面将电磁辐射传输到该辐射透射件内，
-防止辐射直接从发射器行进到检测器。
在另一个实施例内，该方法还包括检测反射/散射件推动辐射透射件的力的步骤。
如上所述，例如当辐射与第一表面的角度低于透射件和空气的折射率之间的折射率差所需的角度时，在透射件内行进的辐射可完全通过内反射传送。
另一个实施例还包括提供沿第一表面部分的方向延伸的并具有多个预定区域的反射件的步骤，该反射件：
-促进在此区域内的从第一表面部分朝第二表面部分的辐射透射；
-在区域外将从第二表面部分行进到第一表面部分的辐射反射回第二表面部分。
因此，可在透射件内传送较大的角间隔。
本发明的第三方面涉及一种用于确定辐射发射/反射/散射件的位置的系统，该系统包括：
-具有第一表面部分和与该第一表面部分相对的第二表面部分的辐射透射件，
-沿第一表面部分的方向延伸并具有一个或多个预定区域的第一反射件，该反射件适合于在每个区域内从第一表面部分朝第二表面部分提供辐射透射，并且在该区域外将从第二表面部分行进到第一表面部分的辐射反射回第二表面部分，
-沿第一表面的方向延伸的第二反射件，该第二反射件适合于将从第一反射件朝第二表面部分在透射件内行进的辐射反射回第一表面部分和第一反射件，
-包括至少一个至少一维检测器的检测装置，该检测器包含多个检测件，每个检测件适合于检测辐射并输出相应信号，该检测装置还包括至少一个适合于调制入射在该检测件上的辐射的孔、针孔或透镜，该检测装置适合于：
■检测来自发射/反射/散射件的辐射，该辐射已进入透射件，通过第一反射件的一个区域并被该第一和/或第二反射件朝该检测器反射，以及
■输出与辐射入射角有关的信号，并根据角信号确定发射/反射/散射件相对于第一表面部分的位置。
因此，从发射/散射/反射件发射或散射/反射的辐射可经由第一件的区域进入透射件和第一和第二反射件之间的透射件内的区域，然后在该区域内这两个反射件朝检测器传送该辐射。
该第一反射件可设置在透射件的第一表面部分处，从而发射/散射/反射件在此表面上的安置将使得可检测此位置为从那里辐射经由第一反射件的区域穿过该第一反射件的位置(根据区域和发射/散射/反射件的范围之间的间隔)。
该第一反射件还设置在透射件内并远离第一表面，然后提供稍微复杂的辐射传送图案。但是，这还可使得根据其中来自发射/散射/反射件的辐射穿过第一反射件(例如，如果发生多个穿透，第一次)的区域的位置确定发射/散射/反射件的位置。
如果发射/散射/反射件没有触摸第一表面部分或者第一表面部分和第一反射件之间存在较大的距离，则会发生其他效果，例如辐射进入透射件的最小角度且总强度根据实际区域到检测器的总距离和辐射在从该区域行进到检测器时发生的反射的次数改变。
在优选实施例内，该系统还包括用于优选地在透射件之外朝发射/散射/反射件提供辐射以便有助于更好地检测不接合第一表面部分的散射/反射件的装置。
本发明的第四方面涉及一种确定辐射发射/反射/散射件的位置的方法，该方法包括：
-提供具有第一表面部分和与该第一表面部分相对的第二表面部分的辐射透射件，
-提供沿第一表面部分的方向延伸并具有多个预定区域的第一反射件，
-提供沿第一表面部分的方向延伸的第二反射件，
-提供包括至少一个至少一维检测器的检测装置，该检测器包含多个检测件，每个检测件适合于检测辐射并输出相应信号，
-接收从发射/反射/散射件通过区域并朝向第二反射件到透射件内的辐射，
-该第一和第二反射件随后朝检测装置反射至少一部分接收的辐射，
-使用至少一个孔、针孔或透镜调制入射在该检测装置上的辐射，
-检测被调制的辐射并输出与辐射入射角有关的信号，以及
-根据角信号确定发射/反射/散射件相对于第一表面部分的位置。
然后，该方法优选地还包括尤其在透射装置外朝发射/反射/散射件提供辐射。
附图说明
下文将参照附图说明本发明的优选实施例，其中：
-图1是本系统的第一实施例的侧视图，其中散射辐射的手指从触控板表面上提起，
-图2是本系统的第一实施例的侧视图，其中散射辐射的手指接合触控板表面，
-图3是本系统的第二实施例的侧视图，其中散射辐射的手指从触控板表面上提起，
-图4是本系统的第二实施例的侧视图，其中散射辐射的手指接合触控板表面，
-图5a-c示出本系统的第三实施例的三个变型；
-图6a-c示出使用光的彩色编码的本系统的第四实施例，
-图7a-c示出本系统的第五实施例，
-图8a-d示出本系统的第六实施例，
-图9示出光提供者的定位，以及
-图10和11示出具有开口的反射器的特定实施例。
具体实施方式
图1-4中示出本发明的全部功能，其中形式为板12的光透射件具有表面12a，该表面适于被在此形式为手指15的反射/散射件接合。可见光——用于本实施例但是也可被任何电磁辐射替代——传递到板12并在表面12a的手指14触摸该表面的位置处被手指14发射/散射。在表面12a的其他位置处，光将离开板12或者朝板12的相对表面12b反射回板12。
手指14反射/散射的光沿多个方向反射，并且部分被发射/散射的光将随后被板12导向。
检测器16被安置成能够接收板12导向的光。在本实施例内，检测器16被安置在板12的边缘部分处以便可直接接收在板12内传播的光。
从图1和3可见，当手指没有触摸板12时，没有光以可被板12导向的方式被手指14发射/反射并返回板12。其原因在于，以其中光实际上将在板12内被导向的角间隔发射的光由于在板12外生成或被发射/散射而将反射离开板的表面。
图1/2和3/4之间的差别在于入射在手指14上的光实际上进入板12。在图1/2内，光由屏幕或监控器例如LCD或CRT20提供，该屏幕或监控器被安置成朝表面12b发射光并且光进入板12。在图3/4内，实际上通过表面12a从板12的外部接收到光(例如环境光)，光传递通过板12，通过表面12b从板12输出，并被反射器22反射返回板12内并例如朝向手指14。
提供光的第三种方式是从类似于检测器16的位置的位置11处向板12发射光，即实际上朝手指14在板12内导向该光。在此情况下，希望确保此(未被反射/散射)光不能到达检测器16。可选择地，检测器16或控制该检测器的电子器件适于在计算时不考虑该光。
检测器适于检测手指14的位置。许多实现此任务的方法是提供在检测器和板12之间具有孔或透镜18的至少一维检测器(例如线CCD)。由于将在检测器上的不同位置检测到从不同角度入射的光，所以该孔或透镜18使检测器具有角灵敏度。
如在同一日期申请且标题为“A system and a method ofdetermining the/a position of a radiation emitting element”的申请人的共同未决的申请内所述，可结合例如沿板12的一侧安置的反射器使用单个线检测器或条形码来确定位置。
如申请人的共同未决的申请PCT/DK03/00155内所述，可选择地，使用两个对来自反射器的辐射的检测，其角度可由例如直接测量和一个或多个反射器提供，并且以其为基础可使用三角测量确定位置。
图5示出其中示出三种将光向着手指提供给板12的方式的另一个实施例：a)如图1/2从LCD提供，b)从表面12b外部的另一个源(例如环境光)提供，以及c)如图3/4从镜或反射器22提供。
图5示出不同的检测器安置，检测器16目前安置在板12“下面”的位置即在被与表面12a成直角的突出部覆盖的区域内。检测器16经由连接件17从板12接收到光，该连接件适于从板12提取光并将其导向检测器16。由于除去了在板的表面的折光率差，所以连接件17从板12接收到光，。
检测器16的操作与图1-4相同。
图5的设置适用于例如窗或其他现有的透明板，其中仅添加检测器16和连接件17就可使窗户例如橱窗变为加大尺寸的触控板。可在窗下安置海报或其他预先印制的事物以便例如预先限定用户可操作触控屏的区域。
从图6中可见图1-5的检测方法的可选择方法，其中入射到表面12a上的光在该表面的不同区域13’-13
Figure 10003_1
具有不同颜色。除了不同颜色之外，光可具有其他不同特性例如调制频率(强度、波长变化等)。
这些特性可通过使在下面的LCD 20在预期区域内输出具有预期特性的光来提供。可选择地，可在LCD 20和板12之间设置滤光器24以便其可从例如白光或允许提供该特性并且从LCD输出的光提供所需的特性。当然，以此方式提供的光也可是例如朝向和通过表面12b提供的环境光。
就此而言，应指出例如如果提提供滤光器的光包括过滤频内的波长则只有带通滤光器有意义。另一方面，如果特性是不同调制频率，则可使用任意波长。
另一种提供这些特性的方式是在表面12a设置用于在此位置提供特性的装置例如滤光器或调制器。在此情况下，应注意包含这些特性的光将以不同于直角的角度穿过这些装置。这样，可以上述任何一种方式提供入射在手指14上的光。
可在预定的区域例如矩形区域内提供这些特性并且可提供多种类型的特性，从而可在表面12a上的第一图案内提供第一种特性(例如不同颜色)，而可在该表面上的另一个图案(由区域15’所示)提供另一种特性(例如频率调制或不同频率)。这样，具有给定的例如颜色的光可仅被确定为源自具有给定扩展的给定区域内。如果仅有区域的一部分具有测量的其它特性(例如给定频率)则此区域还可变窄。
在图6a内，在覆盖表面12a的相邻区域(13’-13
Figure 10003_2
)内提供总共六种不同颜色。可选择任意数量的颜色。另外，可提供与该六个着色区域重叠但是例如沿垂直与着色区域(区域15’)的方向延伸的多个“频率调制”区域，以便使表面12a上的具有相同颜色和相同频率的各个区域变窄。
基本上，上述任何一种检测策略均可与目前的着色一起使用，另外检测器目前应该是对色彩敏感。该敏感性可通过使检测器具有多行检测元件——每行具有选择一种颜色的滤光器——来提供。
实际上可使用另一种检测策略，即(使用)在前部装有孔/小孔/透镜的单行检测元件。此检测器(由于该孔/小孔/透镜)对入射光的角度敏感，从而可检测入射光的角度。可从光的颜色确定距离，从而可进行粗略的位置确定(根据颜色分布)。
在此情况下，颜色变化优选地沿朝检测器的方向发生以便获得最好的检测原理。
可以多种方式提供颜色：
-在下面的监控器/屏幕20本身可提供有色光，
-在下面的监控器/屏幕20可提供例如白光，设置在监控器/屏幕20和板12之间的滤光气24可提供颜色，以及
-滤光器26可设置在表面12a上，从而滤光器26可使从手指/触针14发射的光具有颜色。
当然，代替滤光器还可使用调制器。
第三种提供区域特定信号的方法是通过以下操作使用空间编码例如已知为条形码：
-以该方式从屏幕20提供光，
-在屏幕20和板12之间提供编码件，或
-在平面12a处或其上提供编码件。
这样，被手指/触针14朝检测器16引导的光将以可被检测器16检测到的方式空间编码。最简单的实现方式是在从实际位置到检测器16的方向的垂直方向上进行空间编码(例如条形码图案)。因此，此图案可被检测并且本身提供位置。在其他情况下，可使用该图案来识别方向或距检测器16的距离。
也可仅在预定位置提供此编码以便例如形成具有预定功能的可操作按钮的形状，在检测到按钮的操作时控制装置执行该预定功能。
图7示出其中触控板与实际能够检测和确定在表面12上而没有实际触摸该表面的操作员的挥手示意或手势的器件相组合的所关注的实施例。这具有很多用途例如在手术期间使用，在手术期间外科医生因感染危险而不应该不必要地接合表面。
在图7中，LCD 20照亮板12。在此实施例内，在LCD 20和表面12b之间设置多个反射/散射件40。这些件40适合于以小得足以确保被反射的辐射被板12导向的角度朝检测器16指引从板12入射在其上的辐射。
此入射辐射可来自LCD 20发射的辐射，并且该入射辐射穿过板12并被例如放置在表面12a上但是没有触摸该表面的手32反射/散射。此反射/散射辐射的一部分将被反射到表面12a之外并消失，而另一部分将穿过板12并被元件40反射。
很清楚，由于表面12a的相互作用，所以仅有比较垂直的发射将到达元件40。
在此实施例内，元件40(见图8a)安置成使得从每个元件40到检测器的直达线不会遭遇或通过任何其他的元件40。这样，检测器16的简单的角度测量将可足以确定元件40的位置并由此确定手32的位置。可选择地，可使用位置敏感的检测器，从而可为元件40选择任何位置。
在此实施例内，板12还可用作一般的结合图1-4说明的触控板。LCD 22也可提供另一个与用于检测手的波长不同的波长。当此波长被触摸表面12a的手指14散射时，元件40可适合于仅反射(输入角和输出角相同)该波长(见图8c)，从而该操作将如结合图1-4所述。
图8示出其中本发明的触控板用于提供关于实际辐射提供者例如手指的指印的信息的实施例。
在此实施例内，板12在表面12a处具有盖子/吸收器50，可确保来自LCD 22的光仅在表面12a中限定的槽52内被提提供表面12a或从该表面提供。
这样，可远离检测器16沿径向方向获得分解，该检测器可以是单行具有孔/透镜18的检测件。
在槽52上移动手指14将对于任何给定位置从手指的实际“山丘”提供与手指的“谷”相比不同的发射/散射。可检测到此移动和此差别，从而可生成所示的指印。
槽52的可选择事物将是表面12a上的小脊部，其可确保板12和手指14之间的足够的接合并减少相邻的手指部分在板12上的接合(干涉)。
此指印监控器可被提供作为其他附图的任何触控板的一部分，从而所述触控板(例如用于PDA或移动电话、计算机等)可仅被授权用户等使用功能。
检测器可以是具有一排或多排检测器的单芯片或者通过组合多个单独的检测器来制备。
确定装置可以是任何类型的处理器例如软件可编程的、硬连线的、PC、大型机，并且其可使用任何已知类型的存储器(RAM、ROM、PROM、EPROM、EEPROM、硬盘、软盘、光存储媒体或磁带)，并且其可连接到其他处理器(例如经由网络或经由无线通信)以便在其它位置上执行计算等。
当然，该确定装置可用于其他用途，例如在监控器或屏幕例如在辐射发射器所处的位置之下的监控器或屏幕上显示发射器画出的符号、曲线、字符或由发射器指向(例如，选择)的图标、桌面等(其中发射器适合于被操作员打开和关闭以便来自发射器的光“标记”可用信号告知处理器应激活与此位置相关的预定操作)。因此，确定装置可用于跟踪此位置以便画出曲线或者对于确定的每个新位置评估与画出的曲线相关的位置的正确性(以便丢弃明显错误的位置)。
在图9中，光透射装置12具有四个侧边12’、12”、12、12””和多个具有罩62的光耦合点60，该耦合点吸收、折射或反射辐射以便防止光直接到达传感器16。然后，实际进入传感器16的辐射被光散射/漫射物体例如图1中的手指14调制。装置12的两个侧面12’和12”与传感器16相邻，该传感器的上和/或下表面不在传感器16的视野范围内。这些侧面可用于进入额外的辐射，例如通过被喷砂的侧面或被微结构覆盖、具有微结构的全息胶片、或漆覆盖的侧面进入的环境光，从而进入光透射装置12的任何光将不会直接进入传感器。
罩62可以是吸收或折射非TIR反射的微结构以便使不必要的进入传感器的反射最小。
光耦合点可接受环境光、屏幕光、屏幕背景光或有效光源。除了环境光之外，可确定相对于微结构和光发射器的灯丝的精确对准，因此可优化微结构以光被收集在元件12内的方式折射光，从而来自每个光发射器的光在特定角度内限定的光透射装置12内传播。光耦合点以及它们的特定的光发射角可被优化以在光透射装置12内创建预期的光强度分布，该光强度分布随距传感器16和触摸物体的距离而增加。因为手指和其他散射/漫射物体部分镜像和部分Lambertian地反射光，所以围绕手指的光强度图案将在远离一个或多个光发射点的方向上较高。因此，传感器16位于装置12的一个拐角并将至少两个光耦合点60和罩62安置在相对拐角附近使有益的。
在图1中，力传感器90示出位于装置12之下。实际上，四个力传感器90例如应变计可放置在触敏表面和基底之间，从而每当触摸触敏表面时，力传感器将输出对应于作用力的信号并将该信号传递给处理系统。
力传感器90或至少一个力传感器可适合于点击，从而对于超过定义阈值的作用力存在触觉和声音响应。
该处理系统被设定成向振动电机或扬声器输出对应于超过特定阈值的作用力的与对应于特定键的一组位置检测相组合的信号，并这样使用户具有对应于唯一键的唯一的触觉反馈。
为了使CCD位置检测系统的功耗最小，力传感器90被设定为只要达到特定作用力阈值就开启CCD位置检测，而在无作用力的一段空闲时间之后关断CCD位置检测系统。
来自力传感器90的关于作用力的信号可被传递到处理系统，并在该处理系统被使用以确定施加压力的绘画工具，以便模拟各种绘画工具例如刷子、笔、铅笔、彩笔、漆刷等如何改变线宽度和着色强度。
当点触控被针压触摸时，激励器例如应变计可测量作用力。作用力信息向x轴和y轴添加z轴。具有这三个轴之后，可进行更精确的手写识别并模拟根据作用力改变线厚度或着色的绘画工具例如刷子、划线器以及其他绘画工具的使用。
在图10内，光透射装置12具有四层：允许光进入的第一光透射层80，具有孔74的第二直到100％的反射层78，第三光透射层79，和第四直到100％的反射层76。
在优选实施例内，发射层76被层压到屏幕/监控器上，并且反射层78和76被制造成它们均对于特定波长(例如窄间隔)是光透射或反射的，从而优选波长仅通过两个反射层76和78之间的内反射被捕获，并因此因内反射而被传递给传感器，并且这两个光透射层80和79都是透明的。反射层76可被层压到屏幕/监控器表面例如OLED屏幕上和/或具有可放置镜氧化的氧障碍物。当反射层76插在屏幕/监控器和光透射装置12的剩余部分之间时，承载波长的信号没有被OLED的微结构影响，并且在可见光谱内的从OLED发射的光没有被光透射装置12影响。
当朝光透射装置12发送光时，该光的一部分将由于Brewster角现象而被反射，而另一部分进入光透射装置，并将通过该装置到达反射层78或通过孔74，所有波长都可通过该孔，直到该部分光遇到反射层80，只有没有被反射层80反射的波长才会通过该反射层。余下的光将朝反射层78被反射并从而因内部反射被传递，直到该光被传感器16检测到或被吸收或经由孔74被送出光透射装置12。这样，只有对应于被系统控制的有效光源的优选波长的光才能够因内反射或全部内反射传播到传感器16。
被检测到的来自反射物体14的光必须沿来自传感器16的视线通过孔74已被检测。没有在传感器16的视线上的光将在光透射装置12内流动，直到该光被吸收或再次发出。可通过检测所有孔在到反射物体14的视线内位置来测量到反射物体14的距离。视线内的第一孔74是来自反射物体的光没有由于Brewster角现象而被偏转的第一个孔，并且视线内的最后一个孔74是光可因内反射而向前传播到传感器16。视线内的下一个孔将接收光，但是沿远离检测器的方向直接向前传播该光。
这给出了两个角度上的信息，从而给出了足以进行简单的三角测量的信息。此三角测量过程还可被视线内的孔74之间的光强度分布的信息支持，这是因为预计陡峭的内反射将如视线内的最后几个孔74的情况导致较大的反射损耗和通过其他孔的损失，以及距离反射物体74更远的孔74将由于从表面的反射的逐渐增加并由于光随距离减小接收较少的光。
通过控制在所述表面附近发射光的光源来增强在表面接合之前(或正好没有接合)对反射物体14的检测。
当反射物体14接合表面时，在光透射装置12内传播的优选波长内的光将被反射物体14散射/反射。这些散射反射将因TIR和内反射传播，并且将被放大并生成更好的对比度。
当具有没有向光透射装置12提供足够光接合的表面的反射物体14接合表面时，然后被散射/反射的光将不足以通过额外的TIR和内部反射信号检测到的触摸。相反，可使用力传感器与前文的表面检测一起定位反射物体14的触摸，从而使系统能够识别带手套的触摸，这目前是红外线光和NFI触摸屏的特殊特征。
通过引入反射层78实现的光放大影响所有类型的反射，从而影响信号和噪声。
在一个实施例内，还可通过使光透射装置的表面层80成为可被操纵以围绕触摸物体形成凹痕的类型来增强光放大。
可选择地，反射层78和76可以是100％的镜，并且光透射层80和79可以是仅对于特定波长选择性地透射的，从而可基于只要承载波长的优选信号在到达传感器16的途中没有被中断则就可在表面上着色包括印迹的原理制造光触摸屏。

Claims (38)

1.一种用于确定辐射反射/散射件的位置的系统，该系统包括：
-辐射透射件或板，具有适合于被反射/散射件接合的第一表面部分和与该第一表面部分相对的第二表面部分，该透射件适合于通过全部内反射将被反射/散射光引导到检测装置，
-用于向该透射件内以及该第一表面部分上提供辐射的辐射提供装置，
-用于检测由该辐射提供装置提供的并且当该反射/散射件在该第一表面部分的位置处接合该第一表面部分时被该反射/散射件反射/散射的辐射，并输出与辐射的入射角相关的信号的检测装置，该检测装置包括至少一个至少一维检测器，该检测器包含多个检测件，每个检测件适合于检测辐射并输出相应信号，该检测装置还包括至少一个适合于调制入射在该检测件上的辐射的孔、针孔或透镜，以及
-用于根据角信号确定反射/散射件在该第一表面部分上的接合位置的装置。
2.根据权利要求1的系统，其特征在于，该辐射提供装置包括用于将从第一表面部分穿过透射件到第二表面部分的辐射反射回该透射件内的反射装置。
3.根据权利要求1的系统，其特征在于，该辐射提供装置包括位于透射件的与第一表面部分相对的第二表面部分并以发出辐射通过该透射件到达该第一表面部分上的方式安置的监控器或屏幕。
4.根据权利要求3的系统，其特征在于，该监控器或屏幕适合于向第一表面部分的不同区域提供不同特性的辐射。
5.根据权利要求3的系统，其特征在于，该透射件还包括用于转换来自监控器或屏幕的辐射的装置，其中该转换装置适合于向第一表面部分的不同区域提供不同特性的辐射，并且其中该检测装置也适合于检测不同特性。
6.根据前面任何一个权利要求的系统，其特征在于，该透射件为板形或片形，并且该检测装置包括检测器和用于与透射件接合以便将被该透射件透射的辐射传送给检测器的传送装置。
7.根据权利要求3的系统，其特征在于，该透射件在其的第一表面部分包括用于转换来自监控器或屏幕并被该反射/散射装置反射/散射的辐射的装置，其中该转换装置适合于从该第一表面部分的不同区域提供不同特性的辐射，并且该检测装置也适于检测该不同特性。
8.根据权利要求1的系统，其特征在于，该检测装置包括用于过滤入射在该检测件上的辐射的装置。
9.根据权利要求1的系统，其特征在于，该系统还包括安置在第二表面部分上的第二反射/散射装置，该第二反射/散射装置适合于沿该透射件内的并与第一表面部分成第二角度的方向反射或散射具有第一波长并且从第一表面部分且与该第一表面部分成第一角度地入射在该第二表面上的辐射，该第二角度小于第一角度。
10.根据权利要求9的系统，其特征在于，该第二反射/散射装置设置在该第二表面区域上的预定区域内。
11.根据权利要求10的系统，其特征在于，该检测装置和预定区域设置在这样的位置，使得对于多个预定区域中的每一个，沿该预定区域和检测装置之间的直线不存在任何其它的预定区域。
12.根据权利要求9-11中的任何一个的系统，其特征在于，该第二反射/散射装置适合于将具有与第一波长不同的第二波长并与该第一表面部分成第三角度的辐射以至少基本等于第三角度的角度反射回该第一表面部分。
13.根据权利要求1的系统，其特征在于，该系统还包括用于向第一表面部分的预定区域提供辐射的第二提供装置，该第二提供装置适合于防止辐射到与预定区域相邻的区域上。
14.根据权利要求13的系统，其特征在于，该第二提供装置包括第一表面部分的相邻区域处或之上的辐射阻隔区域。
15.根据权利要求13或14的系统，其特征在于，该预定区域为长形。
16.根据权利要求15的系统，其特征在于，该预定区域的长度为1/2-20cm。
17.根据权利要求1的系统，其特征在于，该系统还包括：
-适合于朝该辐射透射件的第一表面将电磁辐射传输到该辐射透射件内的一个或多个辐射发射器，
-用于防止辐射直接从该发射器行进到该检测器的装置。
18.根据权利要求1的系统，其特征在于，该系统还包括用于检测该反射/散射件推动该辐射透射件的力的力敏感装置。
19.根据权利要求2的系统，其特征在于，该系统还包含沿该第一表面部分的方向延伸并具有多个预定区域的反射件，该反射件适合于在该区域内提供从该第一表面部分朝该第二表面部分的辐射透射，并且在该区域外将从该第二表面部分朝该第一表面部分行进的辐射反射回该第二表面部分。
20.一种用于确定辐射反射/散射件的位置的方法，该方法包括：
-用于向透射件或板内以及向该透射件的第一表面部分上提供辐射的辐射提供步骤，该辐射透射件还具有与该第一表面部分相对的第二表面部分，
-用于在该反射/散射件和辐射透射件的第一表面部分之间提供接合的接合提供步骤，
-用于在该辐射透射件内通过全部内反射将反射/散射光引导到检测装置的引导步骤，
-用于使用至少一个孔、针孔或透镜调制入射在检测装置上的辐射的调整步骤，
-检测步骤，用于使用至少一维检测器检测由辐射提供装置提供的、被在第一表面部分的位置处接合该第一表面部分的反射/散射件反射/散射的、并且被至少一个孔、针孔或透镜调制的辐射，并提供与辐射入射角相关的信号，该检测器包括多个检测件，每个检测件检测辐射并输出对应的信号，以及
-用于根据角信号确定该反射/散射件在该第一表面部分上的接合位置的确定步骤。
21.根据权利要求20的方法，其特征在于，该辐射提供步骤包括将从该第一表面部分穿过该透射件到该第二表面部分的辐射反射回该透射件。
22.根据权利要求20的方法，其特征在于，该辐射提供步骤包括从位于透射件的与第一表面部分相对的第二表面部分处并以发出辐射通过透射件到达第一表面部分上的方式安置的监控器或屏幕提供辐射。
23.根据权利要求22的方法，其特征在于，该监控器或屏幕向第一表面部分的不同区域提供不同特性的辐射。
24.根据权利要求22的方法，其特征在于，该辐射提供步骤包括转换来自监控器或屏幕的辐射，其中该转换步骤包括向第一表面部分的不同区域提供不同特性的辐射，并且其中检测步骤还包括检测该不同特性。
25.根据权利要求20-24中的任何一个的方法，其特征在于，该透射件的形状为板或片，并且该检测步骤包括将透射件透射的辐射传送到检测器。
26.根据权利要求22的方法，其特征在于，该方法还包括用于在该第一表面部分转换来自监控器或屏幕并被反射/散射装置反射/散射的辐射的转换步骤，其中该转换步骤包括从第一表面部分的不同区域提供不同特性的辐射，并且其中该检测步骤还包括检测该不同特性。
27.根据权利要求20的方法，其特征在于，该检测步骤包括过滤入射在该检测件上的辐射。
28.根据权利要求20的方法，其特征在于，该方法还包括在第二表面部分处沿透射件内并与第一表面部分成第二角度的方向反射或散射具有第一波长并且从第一表面部分并与第一表面部分成第一角度地入射在该第二表面部分上的辐射的第二反射/散射步骤，该第二角度小于第一角度。
29.根据权利要求28的方法，其特征在于，该第二反射/散射步骤在该第二表面区域上的预定区域内执行。
30.根据权利要求29的方法，其特征在于，该方法还包括将该检测装置和预定区域安置到这样的位置，使得对于多个预定区域中的每一个，沿预定区域和检测装置之间的直线不存在其它预定区域。
31.根据权利要求28-30中的任何一个的方法，其特征在于，该第二反射/散射步骤包括将具有与第一波长不同的第二波长并与第一表面部分成第三角度的辐射以至少基本等于第三角度的角度反射回第一表面部分。
32.根据权利要求20的方法，其特征在于，该辐射提供步骤包括用于向第一表面部分的预定区域提供辐射的第二提供步骤，该第二提供步骤包括防止辐射到与预定区域相邻的区域上。
33.根据权利要求32的方法，其特征在于，该第二提供步骤包括防止或阻止在该第一表面部分的相邻区域处或之上的辐射。
34.根据权利要求32或33的方法，其特征在于，该辐射提供步骤包括向长形区域提供辐射。
35.根据权利要求34的方法，其特征在于，该辐射提供步骤包括向长度为1/2-20cm的长形区域提供辐射。
36.根据权利要求20的方法，其特征在于，该方法还包括以下步骤：
-一个或多个辐射发射器朝辐射透射件的第一表面将电磁辐射透射到该辐射透射件内，
-防止辐射直接从发射器行进到检测器。
37.根据权利要求20的方法，其特征在于，该方法还包括检测该反射/散射件推动该辐射透射件的力的步骤。
38.根据权利要求21的方法，其特征在于，该方法还包括提供沿第一表面部分的方向延伸的并具有多个预定区域的反射件的步骤，该反射件：
-促进在该区域内的从第一表面部分朝第二表面部分的辐射透射；
-在该区域外将从该第二表面部分行进到该第一表面部分的辐射反射回该第二表面部分。
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