СЕНСОРНОЕ УСТРОЙСТВО Российский патент 2014 года по МПК G06F3/42 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к оптическому сенсорному устройству и к способу определения как положения объекта, контактирующего с сенсорным устройством, так и изменения положения этого объекта. В частности, данное изобретение относится к сенсорной панели, с которой происходит соприкосновение, и к способу определения как положения объекта, контактирующего с сенсорной панелью, так и изменения положения этого объекта.

Уровень техники

В документе DE 202005010570-U1 рассмотрен способ нарушения условий, способствующих возникновению полного внутреннего отражения внутри световода, что требуется для определения наличия контакта.

Одной из задач данного изобретения является предоставление такого сенсорного устройства, затраты на изготовление которого были бы низки.

Раскрытие изобретения

Согласно первому аспекту данного изобретения, представлено сенсорное устройство, которое включает в себя источник светового излучения; сенсорный световод, имеющий такую конфигурацию, которая позволяет проходить свету в направлении от источника светового излучения к сенсорной поверхности сенсорного световода таким образом, чтобы в точке контакта объекта с сенсорной поверхностью объект вносил нарушения, по меньшей мере, в часть направляемого светового излучения; детекторную матрицу, служащую для установления распределения интенсивности светового излучения, прошедшего от источника светового излучения через сенсорный световод, в целях кодирования положения точки контакта объекта с сенсорной поверхностью; первый элемент перенаправления светового излучения, который предназначен для перенаправления света, прошедшего от источника светового излучения через сенсорный световод и поступившего на первый элемент перенаправления светового излучения, в направлении детекторной матрицы, причем в момент контакта объекта с соответствующей определенной точкой, расположенной на сенсорной поверхности, предотвращается попадание на определенную точку детекторной матрицы, по меньшей мере, части светового излучения, проходящего в направлении определенной точки детекторной матрицы. Предпочтительно, перенаправление светового излучения представляет собой изменение направления прохождения в плоскости, расположенной параллельно сенсорной поверхности (в частности, выбор плоскости обусловлен направлением оптической проекции).

Согласно другому аспекту данного изобретения, представлен способ кодирования положения объекта, контактирующего с сенсорной поверхностью, причем этот способ включает в себя излучение светового излучения из соответствующего источника; прохождение светового излучения в направлении от источника светового излучения к сенсорной поверхности сенсорного световода таким образом, чтобы в точке контакта объекта с сенсорной поверхностью объект вносил нарушения, по меньшей мере, в часть направляемого светового излучения; регистрацию, посредством использования детекторной матрицы, распределения интенсивности светового излучения, прошедшего от источника светового излучения через сенсорный световод, для кодирования положения точки контакта объекта с сенсорной поверхностью; и перенаправление светового излучения, прошедшего от соответствующего источника через сенсорный световод и поступившего на первый элемент перенаправления светового излучения, в направлении детекторной матрицы посредством использования первого элемента перенаправления светового излучения, причем в тот момент, когда объект контактирует с соответствующей определенной точкой, которая расположена на сенсорной поверхности, предотвращается попадание на определенную точку детекторной матрицы, по меньшей мере, части светового излучения, проходящего в направлении определенной точки детекторной матрицы.

Предпочтительно, перенаправление светового излучения представляет собой изменение направления прохождения в плоскости, расположенной параллельно сенсорной поверхности.

Краткое описание чертежей

Особенности и достоинства данного изобретения станут более понятными для специалистов в данной области техники после того, как они ознакомятся с детальным описанием примерных вариантов осуществления данного изобретения и с прилагаемыми к этому описанию фигурами.

Фиг.1 схематически показывает вид сверху предпочтительного варианта выполнения устройства согласно данному изобретению.

Фиг.2 - поперечный разрез, взятый вдоль линии II-II на Фиг.1.

Фиг.3 - вид сверху варианта выполнения, представленного на Фиг.1.

Фиг.4 - вид сверху варианта выполнения, представленного на Фиг.1.

Фиг.5 - вид сверху варианта выполнения, представленного на Фиг.1.

Фиг.6 - вид сверху варианта выполнения, представленного на Фиг.1.

Фиг.7 - схематически показывает вид сверху предпочтительного варианта выполнения устройства согласно данному изобретению.

Фиг.8 - поперечный разрез, взятый вдоль линии VIII-VIII на Фиг.7.

Фиг.9 - поперечный разрез, взятый вдоль линии IX-IX на Фиг.7.

Фиг.10 - поперечный разрез, взятый вдоль линии Х-Х на Фиг.7.

Фиг.11 - схематически показывает вид в поперечном разрезе варианта выполнения устройства согласно данному изобретению.

Фиг.12 - схематически показывает вид сверху предпочтительного варианта выполнения устройства согласно данному изобретению.

Фиг.13 - поперечный разрез, взятый вдоль линии XIII-XIII на Фиг.12.

Фиг.14 - поперечный разрез, взятый вдоль линии XIV-XIV на Фиг.12.

Фиг.15 - поперечный разрез элемента перенаправления светового излучения.

Фиг.16 - поперечный разрез элемента перенаправления светового излучения.

Фиг.17 - схематическое представление вида сверху предпочтительного варианта выполнения устройства согласно данному изобретению.

Фиг.18 - изображение варианта, показанного на Фиг.17, в котором отсутствуют некоторые детали.

Фиг.19 - изображение варианта, показанного на Фиг.17, в котором отсутствуют некоторые детали.

Фиг.20 - изображение варианта, показанного на Фиг.17, в котором отсутствуют некоторые детали.

Фиг.21 - схематически показывает вид сверху варианта выполнения устройства согласно данному изобретению.

Фиг.22 - схематически показывает вид сверху варианта выполнения устройства согласно данному изобретению.

Фиг.23 - схематически показывает вид сверху варианта выполнения устройства согласно данному изобретению.

Фиг.24 - схематически показывает вид сверху варианта выполнения устройства согласно данному изобретению.

Фиг.25 - схематически показывает вид сверху варианта выполнения устройства согласно данному изобретению.

Фиг.26 - схематически показывает вид в поперечном разрезе варианта выполнения устройства согласно данному изобретению.

Фиг.27 - схематически показывает вид в поперечном разрезе варианта выполнения устройства согласно данному изобретению.

Фиг.28 - схематически показывает вид в поперечном разрезе варианта выполнения устройства согласно данному изобретению, отличающегося наличием дисплея.

Фиг.29 - схематически показывает вариант выполнения устройства согласно данному изобретению, отличающегося наличием устройства обработки сигналов.

Фиг.30 - схематически показывает вид сверху варианта выполнения устройства согласно данному изобретению.

Фиг.31 - поперечный разрез, взятый вдоль линии XXXI-XXXI на Фиг.30.

Фиг.32 - схематически показывает вид сверху варианта выполнения устройства согласно данному изобретению.

Фиг.33 - поперечный разрез, взятый вдоль линии XXXIII-XXXIII на Фиг.32.

Фиг.34 - схематически показывает вид сверху варианта выполнения устройства согласно данному изобретению.

Фиг.35 - схематически показывает вид сверху варианта выполнения устройства согласно данному изобретению.

Фиг.36 - схематически показывает пример сигнала, поступающего с детекторной матрицы, причем данный сигнал представляет собой функцию координаты.

Фиг.37 - схематически показывает пример сигнала, поступающего с детекторной матрицы, причем данный сигнал представляет собой функцию координаты и относится к двум различным периодам времени.

Фиг.38 - схематически показывает пример сигнала, измеренного относительно четырех координат, который поступает с детекторной матрицы, причем данный сигнал представляет собой функцию времени.

Чтобы обеспечить ясность изложения, представленные чертежи являются схематическими и упрощенными. На данных чертежах показаны только те элементы, которые действительно важны для понимания сути изобретения. Если элементы, показанные на различных чертежах, являются идентичными, то для их обозначения используются те же цифры.

Следует отметить, что данное изобретение может быть осуществлено не только в тех вариантах, которые представлены на прилагаемых чертежах, но и в иных формах. Соответственно, при изготовлении рассмотренного в данном документе устройства не стоит ограничиваться только приведенными вариантами. Можно утверждать, что посредством рассмотрения приведенных вариантов воплощения изобретения будут охвачены все его аспекты, что позволит специалистам в данной области техники в полной мере оценить основную идею изобретения.

Подробное описание предпочтительных вариантов выполнения устройства

На Фиг.1 схематически представлен вид сверху предпочтительного варианта выполнения устройства 2 согласно данному изобретению. На Фиг.2 представлен поперечный разрез, взятый вдоль линии II-II на Фиг.1.

Сенсорное устройство 2 включает в себя планарный, в основном, прямоугольный сенсорный световод 8, изготовленный из такого материала, который может быть применен для распространения проходящего внутри световода излучения. В основе распространения светового излучения лежит полное внутреннее отражение, что известно в области оптических волокон и световодов. Световое излучение излучается в сенсорный световод 8 из источника 4, который расположен в одном из углов устройства 2. Источник 4 светового излучения освещает практически весь внутренний объем устройства 2. Элементы 12, 14, 22 и 24 перенаправления светового излучения расположены по краям для отклонения светового излучения, поступающего по сенсорному световоду 8, в направлении детекторной матрицы 20, которая расположена в одном из углов устройства 2 напротив источника 4 светового излучения. Таким образом, перенаправление светового излучения 6 представляет собой, по преимуществу, изменение направления прохождения в плоскости, расположенной параллельно сенсорному световоду 8. Объект (на фигуре не показан), которым может быть палец, контактирующий с сенсорной поверхностью 30 сенсорного световода 8, изменяет показатель преломления в точке контакта (не показана). В результате изменения показателя преломления некоторая часть светового излучения, проходящего внутри сенсорного световода 8, уже больше не подвергается полному внутреннему отражению, что означает, что данная часть светового излучения выводится из сенсорного световода 8. Данное изменение, относящееся к распространению светового излучения внутри сенсорного световода 8, воспринимается детекторной матрицей 20, причем в основе установления положения точки контакта лежит восприятие указанной матрицей изменений, относящихся к распределению интенсивности.

В рассматриваемом варианте выполнения устройства объект (не показан) может вносить нарушения в распространение светового излучения внутри сенсорного устройства 2 и иными способами. Внесение нарушений может быть обусловлено наличием поглощения или рассеяния света, а также любых иных факторов, способных повлиять на распределение интенсивности светового излучения, воспринимаемой детекторной матрицей 20.

Нет необходимости в том, чтобы объект (не показан) вступал с сенсорной поверхностью 30 в физическое соприкосновение в какой-либо ее точке; достаточно и того, чтобы нарушения, внесенные объектом в нераспространяющееся поле, расположенное у точки контакта, были достаточно значительными для того, чтобы вызвать такое изменение распределения интенсивности светового излучения, которое могло бы быть воспринято детекторной матрицей 20. Таким образом, в данном случае за точку контакта (не показана) следует принимать ту точку, в которой имеет место нарушение нераспространяющегося поля объектом (не показан).

Источник 4 светового излучения излучает световой луч 6 внутрь планарного сенсорного световода 8. По указанному световоду световой луч 6 проходит в направлении светоотражающей части 10 элемента 12, который является вторым из элементов перенаправления светового излучения. Светоотражающая часть элемента перенаправления светового излучения любого устройства, выполненного согласно данному изобретению, может рассматриваться в качестве альтернативы как сегмент. Применение полного внутреннего отражения внутри сенсорного световода 8 в целях обеспечения прохождения светового луча 6 будет рассмотрено в дальнейшем. Второй элемент 12 перенаправления светового излучения включает в себя некоторое количество светоотражающих частей 10, расположенных вблизи от сенсорного световода. Каждая светоотражающая часть 10 указанного элемента 12 имеет, по существу, форму параболы, раскрывающейся в направлении, параллельном оси у, и при этом фокус параболы, по существу, совпадает с местом расположения источника 4 светового излучения. Таким образом, второй элемент 12 перенаправления светового излучения отражает световой луч 6 в направлении светоотражающей части 16 первого элемента 14 перенаправления светового излучения, причем отражение происходит в направлении, проходящем параллельно оси у. Прохождение светового луча 6 в направлении первого элемента 14 осуществляется посредством сенсорного световода 8. Первый элемент 14 перенаправления светового излучения имеет некоторое количество светоотражающих частей 16, причем элемент 14 практически идентичен второму элементу 12 перенаправления светового излучения. Фокусы светоотражающих частей 16 первого элемента 14 перенаправления светового излучения совпадают с тем местом, которое расположено слегка позади первой части 18 детекторной матрицы 20, видимой от первого элемента 14. Таким образом, первый элемент 14 перенаправления светового излучения отражает световой луч 6 в направлении первой части 18 детекторной матрицы 20. Можно видеть, что под перенаправлением светового луча 6 посредством использования элемента 14 подразумевается изменение направления прохождения в плоскости, параллельной сенсорному световоду 8, которая является параллельной и сенсорной поверхности 30. Прохождение светового луча 6 в направлении детекторной матрицы 20 осуществляется посредством сенсорного световода 8. Детекторная матрица 20 служит для установления того, на какую точку ее поверхности упал световой луч 6, и, кроме того, данная матрица воспринимает, предпочтительно, интенсивность светового излучения.

Из чертежа видно, что, если световой луч проходит в плоскости ху от источника 4 светового излучения в другом направлении, то создаются препятствия для того, чтобы этот световой луч попал на другую точку второго элемента 12 перенаправления светового излучения. По данной причине создаются препятствия и для того, чтобы световой луч попал на другую точку первого элемента 14 перенаправления светового излучения и, в конечном итоге, попал на другую точку первой части 18 детекторной матрицы 20.

Таким образом, если световой луч, излучаемый из источника 4 светового излучения в сенсорный световод 8, проходит в таком направлении, если спроектировать это направление на плоскость ху, которое отличается от направления прохождения вышеупомянутого светового луча 6 настолько, что световой луч (не показан) падает на другую точку второго элемента 12 перенаправления светового излучения, то тогда световой луч (не показан) падает также на другую точку первого элемента 14 перенаправления светового излучения и на другую точку первой части 18 детекторной матрицы 20. Поэтому можно утверждать, что световой луч, излучаемый источником 4 в определенном направлении в плоскости ху, падает на соответствующую точку, расположенную на поверхности детекторной матрицы.

Представленное сенсорное устройство 2 дополнительно включает в себя четвертый элемент 22 перенаправления светового излучения, который практически идентичен зеркальному изображению второго элемента 12 перенаправления светового излучения, и третий элемент 24 перенаправления светового излучения, который практически идентичен зеркальному изображению первого элемента 14 перенаправления светового излучения. Таким образом, путь прохождения световой луча (не показан), поступающего от источника 4 в сенсорный световод 8 и проходящего в направлении четвертого элемента 22 перенаправления светового излучения, который отражает данный луч в направлении детекторной матрицы 20, подобен тому пути прохождения светового луча, что был рассмотрен выше. Однако световой луч (не показан) поступит на вторую часть 26 детекторной матрицы 20.

В одном варианте выполнения устройства (не показан) световой луч, направление прохождения которого меняется посредством использования первого элемента перенаправления светового потока, и световой луч, направление прохождения которого меняется посредством использования третьего элемента перенаправления светового потока, могут попадать на один и тот же участок, расположенный на поверхности детекторной матрицы. В таком случае для того, чтобы отличить один световой луч от другого, определяется угол падения на детекторную матрицу каждого из этих световых лучей (например, посредством создания проекции на плоскости ху, или излучения светового луча с различными длинами волн в направлении второго элемента перенаправления светового излучения и четвертого элемента перенаправления светового излучения, соответственно, или комбинация представленных здесь способов.

На Фиг.3-5 представлены виды сверху устройства 2, причем на этих чертежах показано прохождение различных частей различных световых лучей 6 через сенсорный волновод 8 в направлении детекторной матрицы 20.

На Фиг.3 показано, что световые лучи 6, испускаемые источником 4, направляются посредством использования сенсорного световода 8 в направлении второго элемента 12 перенаправления светового излучения в целях освещения практически всех поверхностей, служащих для перенаправления светового излучения, всех светоотражающих частей 10 второго элемента 12. Кроме того, световые лучи 6 направляются к четвертому элементу 22 перенаправления светового излучения в целях освещения практически всех поверхностей, служащих для перенаправления светового излучения, всех светоотражающих частей 28 четвертого элемента 22. В представленном варианте выполнения устройства предотвращено направление светового излучения от источника 4 непосредственно на детекторную матрицу 20. В одном варианте направление светового излучения непосредственно на детекторную матрицу предотвращается посредством установки элемента (не показан) перед источником светового излучения 4. Таким образом, перекрывается оптический путь, по которому световое излучение могло бы поступать от источника 4 к детекторной матрице 20, то есть перекрывается световой поток, который бы иначе попадал на детекторную матрицу без осуществления перенаправления любым из элементов 12, 14, 22, 24. Световые лучи 6, испускаемые источником 4 в направлении второго элемента 12 перенаправления светового излучения, являются расходящимися. При этом световые лучи 6, испускаемые источником 4 в направлении четвертого элемента 22 перенаправления светового излучения, также являются расходящимися.

На Фиг.4 показано, что световые лучи 6, поступающие на второй элемент 12 перенаправления светового излучения (показан на Фиг.3), отклоняются вторым элементом 12 в направлении первого элемента 14 перенаправления светового излучения таким образом, что световые лучи 6 направляются сенсорным световодом 8 в направлениях, являющихся практически параллельными оси у. Вдобавок, световые лучи 6, поступающие на четвертый элемент 22 перенаправления светового излучения, отклоняются четвертым элементом 22 в направлении третьего элемента 24 перенаправления светового излучения таким образом, что световые лучи 6 направляются сенсорным световодом 8 в направлениях, являющихся практически параллельными оси х.

На Фиг.5 показано, что световые лучи 6, поступающие на первый элемент 14 перенаправления светового излучения (показан на Фиг.4), отклоняются в направлении первой части 18 детекторной матрицы 20. Кроме того, световые лучи 6, отклоняемые первым элементом 14 в направлении детекторной матрицы 20, являются сходящимися. Вдобавок, световые лучи 6, поступающие на третий элемент 24 перенаправления светового излучения, отклоняются в направлении второй части 26 детекторной матрицы 20. Вдобавок, световые лучи 6, отклоняемые третьим элементом 24 в направлении детекторной матрицы 20, являются сходящимися.

На Фиг.5 показано, что каждому световому лучу 6 соответствует строго определенная точка падения на поверхность детекторной матрицы 20, причем точка падения задается путем прохождения светового луча, спроектированным на плоскость ху. В представленном варианте выполнения изобретения детекторная матрица 20 имеет тот размер, который требуется для кодирования положения. В результате изменения интенсивности светового луча 6, который проходит по определенному пути в пределах сенсорного световода 8, в соответствующей точке падения, расположенной на поверхности детекторной матрицы 20, произойдет изменение интенсивности.

Интенсивность данного светового луча 6, поступающего на определенную точку детекторной матрицы 20, может быть уменьшена объектом (не показан), нарушающим прохождение светового луча 6 в точке контакта (не показана), настолько, что некоторая часть светового луча не поступит на определенную точку детекторной матрицы 20. Данное явление имеет место тогда, когда объект (не показан) контактирует с сенсорной поверхностью 30. Как уже было объяснено выше, под объектом (не показан), контактирующим с сенсорной поверхностью, подразумевается такой объект (не показан), который располагается в пределах нераспространяющегося поля данного светового луча, направляемого сенсорным световодом 8. Также выше было указано на то, что объект (не показан) может вносить нарушения в световой луч 6, проходящий в пределах сенсорного световода 8, что выражается, например, в выведении, по меньшей мере, части светового луча 6. В качестве альтернативы или дополнительно, объект (не показан) может вносить нарушения в световой луч 6, проходящий в пределах сенсорного световода 8, посредством поглощения, по меньшей мере, части светового луча 6. В качестве альтернативы или дополнительно, объект (не показан) может вносить нарушения в световой луч 6, проходящий в пределах сенсорного световода 8, посредством рассеяния, по меньшей мере, части световой луча 6.

Благодаря тому что световые лучи 6, проходящие в пределах сенсорного световода 8, пересекаются друг с другом и проходят, по существу, параллельно оси х и оси у (см. Фиг.4), световое излучение, проходящее в каждом из представленных направлений, может быть нарушено в результате прикосновения объекта (не показан) к некоторой точке (не показана), которая расположена на сенсорной поверхности 30. Однако нарушения могут быть также внесены объектом (не показан) и в световой луч, излучаемый источником 4 в направлении второго элемента 12 перенаправления светового излучения или в направлении четвертого элемента 22 перенаправления светового излучения (подтверждение данному факту представлено на Фиг.3). Кроме того, нарушения могут быть внесены объектом (не показан) и в световой луч, отклоняемый первым элементом 14 перенаправления светового излучения или третьим элементом 24 перенаправления светового излучения в направлении детекторной матрицы 20 (подтверждение данному факту представлено на Фиг.5). Однако заключение о расположении некоторой точки контакта может быть выведено посредством сравнения величин изменения интенсивности светового излучения, поступающего на различные соответствующие точки детекторной матрицы 20.

Для подтверждения вышеприведенного утверждения служит Фиг.6, на котором представлена примерная ситуация. Объект (не показан) контактирует с сенсорной поверхностью 30 в точке 32. Четыре световых луча 6, которые спроектированы на плоскость ху, направляются сенсорным световодом 8 таким образом, что они пересекаются в точке 32 контакта. В точке 32 контакта объект (не показан) вносит нарушения, по меньшей мере, в некоторую часть каждого из этих четырех световых лучей 6. Таким образом, интенсивность поступающего светового излучения уменьшится в четырех точках детекторной матрицы 20. В связи с тем, что четыре световых луча 6, соответствующие четырем точкам поступления на детекторную матрицу, имеют одну общую точку пересечения, которой является точка 32 контакта, заключение о расположении точки 32 контакта может быть выведено, исходя из того распределения интенсивности светового излучения, которое было воспринятого у детекторной матрицы 20.

Таким образом, вариант выполнения устройства 2 согласно данному изобретению, представленный на Фиг.1-6, который включает в себя один источник 4 светового излучения и одну детекторную матрицу 20, может быть использован для установления положения точки 32 контакта объекта (не показан) с сенсорной поверхностью 30. В одном варианте выполнения устройства вторая поверхность 34, которая расположена напротив сенсорной поверхности 30 (см. Фиг.2), также является сенсорной. Применительно к варианту, представленному на Фиг.1-6, можно сказать, что распространение светового излучения осуществляется посредством полного внутреннего отражения, получаемого в результате использования сенсорной поверхности 30, а также посредством отражения от второй поверхности 34. Полное внутреннее отражение имеет место тогда, когда угол падения светового излучения, поступающего на сенсорную поверхность 30 изнутри, превышает критический угол. Угол падения светового луча определяется как угол, образованный между световым лучом и нормалью к поверхности, на которую падает световой луч. Подобным же образом относительно нормали к поверхности, на которую падает световой луч, определяется и критический угол. Величина критического угла зависит от соотношения между показателем преломления сенсорного световода 8 и показателем преломления среды, находящейся вне пределов сенсорной поверхности 30. Для определения величины критического угла θ_с.а существует уравнение

θ_с.а=arcsin(n_a/n_w),

где n_а - показатель преломления окружающей среды (как правило, показатель преломления воздуха), a n_w - показатель преломления сенсорного световода 8. Показатель преломления воздуха при нормальных условиях имеет величину, близкую к 1.

Если в точке контакта заменить окружающую среду объектом, обладающим показателем преломления n_o, то тогда величину критического угла в этой точке можно будет определить согласно формуле

θ_c.o=arcsin(n_o/n_w)

Как правило, величина угла θ_c.o превышает величину угла θ_с.а. Это имеет место при том условии, что величина n_o превышает величину n_а. Если объект является пальцем, то величина n_o составляет приблизительно 1,47. Наиболее предпочтительной является ситуация, при которой величины угла падения всех световых лучей не выходят за пределы, установленные величинами двух критических углов θ_с.а и θ_с.о. В этом случае полное внутреннее отражение подавляется исключительно в точке контакта, в результате чего из световода выводится, по меньшей мере, часть светового луча. Соответственно, интенсивность этого светового луча, воспринятая детекторной матрицей 20, окажется пониженной.

Если же в другой точке заменить окружающую среду каплей воды с показателем преломления n_water, то тогда величину критического угла в этой точке можно будет определить согласно формуле

θ_с.water=arcsin(n_water/n_w).

Величина показателя преломления воды составляет приблизительно 1,33. Наиболее предпочтительной является ситуация, при которой величины угла падения всех световых лучей не выходят за пределы, установленные величинами двух критических углов θ_c.water и θ_c.о. В этом случае полное внутреннее отражение не подавляется каплей воды. В таком варианте выполнения устройства вода, находящаяся на сенсорной поверхности, не повлияет на световое излучение, проходящее внутри световода. Из вышесказанного можно сделать вывод, что наибольшую важность представляют величины трех следующих критических углов: критический угол θ_с.а окружающей среды, критический угол θ_c.o объекта и критический угол θ_water воды.

Сенсорный световод может быть изготовлен из различных материалов, таких как акриловое стекло. Если проходящие внутри сенсорного световода световые лучи не выходят за пределы видимого диапазона спектра, а сам сенсорный световод изготовлен из акрилового стекла, показатель преломления которого составляет приблизительно 1,49, то тогда величины критических углов будут приблизительно составлять: величина критического угла θ_с.а воздуха - 42°, величина критического угла θ_c.water воды - 63,2°, величина критического угла θ_с.о объекта (если объектом служит палец) - 80,6°.

На Фиг.7 схематически представлен вид сверху предпочтительного варианта выполнения устройства 102 согласно данному изобретению. Устройство 102 подобно устройству 2, показанному на Фиг.1-6. Проекции на плоскость ху путей прохождения световых лучей, проходящих внутри сенсорного световода 108 устройства 102, показаны на Фиг.7, по существу идентичны проекциям на плоскость ху путей прохождения световых лучей, проходящих внутри сенсорного световода 8 устройства 2, рассмотренного со ссылкой на Фиг.3-5.

На Фиг.7 показан источник светового излучения 104, который испускает световой луч 106 в направлении светоотражательной части 110 второго элемента 112 перенаправления светового излучения, отклоняющего световой луч 106 в направлении светоотражательной части 116 первого элемента 114, который отклоняет световой луч 106 в направлении детекторной матрицы 120. Световой луч 106 включает в себя три луча: 106а, 106b и 106с. Световой луч 106а, обозначенный пунктирной линией со стрелкой, указывающей направление его прохождения, направляется световодом 108 от источника 104 ко второму элементу 112 перенаправления светового излучения. Световой луч 106b, обозначенный сплошной линией со стрелкой, указывающей направление его прохождения, направляется световодом 108 от второго элемента 112 перенаправления светового излучения к первому элементу 114. В завершение световой луч 106с, обозначенный пунктирной линией со стрелкой, указывающей направление его прохождения, направляется световодом 108 от первого элемента 112 перенаправления светового излучения к детекторной матрице 120.

Ниже будет объяснено, по какой причине в представленном варианте выполнения устройства нарушения вносятся объектом, контактирующим с сенсорной поверхностью 130, не во все световые лучи, а именно: данный объект (не показан) не вносит нарушения в световые лучи 106а и 106с, но при этом вносит нарушения в световой луч 106b.

Подобно вышесказанному, и в световой луч (не показан), излучаемый источником 104 в направлении детекторной матрицы 120, с каковой целью световой луч вначале отклоняется четвертым элементом 122 перенаправления светового излучения, а затем отклоняется третьим элементом 124, нарушения могут быть внесены только при определенном условии. В указанный световой луч нарушения могут быть внесены объектом (не показан), контактирующим с сенсорной поверхностью 130, только тогда, когда этот световой луч проходит от четвертого элемента 122 перенаправления светового излучения к третьему элементу 124.

Тот факт, что в световой луч 106а не могут быть внесены нарушения объектом (не показан), контактирующим с сенсорной поверхностью 130, представляет собой определенное достоинство. Данное достоинство заключается в том, что тогда, когда объект (не показан) располагается у сенсорной поверхности 130 непосредственно перед источником светового излучения 104, то в относительно большую часть расходящегося светового излучения 106а, испускаемого источником 104, не вносится нарушений. Таким образом, становится возможным упростить процесс кодирования положения. При этом становится возможным осуществлять кодирование положения с большей точностью, что является альтернативой вышеупомянутому процессу кодирования или дополнением к нему. Кроме того, кодирование положения объекта (не показан), контактирующего с сенсорной поверхностью 130 в той точке, которая находится в непосредственной близи от второго элемента 112 или четвертого элемента 122, можно выполнять с большей точностью.

Тот факт, что в световой луч 106с не могут быть внесены нарушения объектом (не показан), контактирующим с сенсорной поверхностью 130, представляет собой определенное достоинство. Данное достоинство заключается в том, что тогда, когда объект (не показан) располагается у сенсорного световода 108 непосредственно перед детекторной матрицей 120, то в относительно большую часть сходящегося светового излучения 106с, проходящего в направлении детекторной матрицы 120, не вносится нарушений. Таким образом, становится возможным упростить процесс кодирования положения. При этом становится возможным осуществлять кодирование положения с большей точностью, что является альтернативой вышеупомянутому процессу кодирования или дополнением к нему. Кроме того, кодирование положения объекта (не показан), контактирующего с сенсорной поверхностью 130 в той точке, которая находится в непосредственной близи от первого элемента 114 или третьего элемента 122, можно выполнять с большей точностью.

Следующее достоинство представленного варианта выполнения устройства заключается в том, что тогда, когда в результате контакта объекта с сенсорной поверхностью 130 возникает изменение в распределении интенсивности светового излучения, воспринимаемое детекторной матрицей 120, то место расположения точки контакта (не показана) не оказывает, по существу, никакого влияния на изменение интенсивности всего светового излучения, воспринимаемое детекторной матрицей 120. При этом следует отметить, что изменение распределения интенсивности светового излучения находится в зависимости от расположения точки контакта (не показана). Таким образом, любая из точек контакта, располагающихся в пределах всей сенсорной поверхности 130, может быть выявлена с одинаковым успехом вне зависимости от того, на каком расстоянии отстоит точка контакта от источника светового излучения 104 и от детекторной матрицы 120.

Световое излучение (не показано), излучаемое источником 104, существенным образом освещает светоотражающие части 110 второго элемента 112 перенаправления светового излучения. Подобно вышесказанному, световое излучение (не показано), излучаемое источником 104, существенным образом освещает светоотражающие части 128 четвертого элемента 122 перенаправления светового излучения.

Кроме того, в устройстве 102 использовано покрытие 131, которое нанесено в виде полосы на сенсорную поверхность 130 перед первым элементом 114 перенаправления светового излучения. Предназначение покрытия 131 будет рассмотрено ниже со ссылкой на Фиг.10. Дополнительно в устройстве 102 использовано покрытие (не показано), которое нанесено в виде полосы на сенсорную поверхность 130 перед третьим элементом 124 перенаправления светового излучения. В одном варианте выполнения устройства, который подобен рассматриваемому варианту, покрытие в виде полос отсутствует.

Вышеупомянутые особенности устройства 102, показанного на Фиг.7, будут рассмотрены ниже со ссылкой на Фиг.8-10, на которых в поперечном разрезе представлены различные части устройства 102.

На Фиг.8 представлен поперечный разрез, взятый вдоль линии VIII-VIII (см. Фиг.7). На данной фигуре показаны, помимо остальных элементов и световых лучей, источник 104 светового излучения, часть сенсорного световода 108, световые лучи 106а3 и 106а4, которые проходят между световыми лучами 106а1 и 106а2. Величины углов падения данных лучей относительно сенсорной поверхности 130 превышают величину критического угла θ_c.o объекта (не показан), в результате чего объект не оказывает влияния на данные световые лучи. Следует отметить, что во время прохождения от источника 104 светового излучения ко второму элементу 112 перенаправления светового излучения показанные на Фиг.8 световые лучи остаются нечувствительными к объекту (не показан), который контактирует с сенсорной поверхностью 130.

Предпочтительно источник 104 не излучает световые лучи, величины углов падения которого относительно сенсорной поверхности 130 меньше соответствующих величин, имеющих отношение к световым лучам 106а1 и 106а2. Например, перед источником 104 может быть установлен элемент, снабженный апертурой (не показан), таким образом, чтобы апертура (не показана) предотвращала прохождение тех световых лучей, углы падения которых относительно сенсорной поверхности 130 малы по величине.

Дополнительно световое излучение, излучаемое источником 104, освещает, по существу, все светоотражающие части 110 второго элемента 112 перенаправления светового излучения, на что уже указывалось выше со ссылкой на Фиг.7.

Световое излучение (не показано) излучается источником 104 в направлении четвертого элемента 122 перенаправления светового излучения подобным же образом.

Четыре световых луча 106а1, 106а2, 106а3 и 106а4, которые показаны на Фиг.8, поступают внутрь сенсорного световода 108, который направляет их ко второму элементу 112 перенаправления светового излучения. Стрелки указывают направление прохождения световых лучей. На Фигуре показано, что световые лучи поступают в сенсорный световод 108 из одной и той же точки. Однако различные световые лучи могут поступать в сенсорный световод 108 из различных точек. Для освещения сенсорного световода 108 используются, по существу, только такие световые лучи, исходящие от источника 104, величины угла падения которых не выходят за предельные величины, относящиеся к световым лучам 106а1 и 106а2. То есть, будучи спроектированными на плоскость поперечного разреза, световые лучи 106а1 и 106а2 определяют поперечное сечение конуса светового излучения, исходящего от источника 104.

Подобным же образом световое излучение (не показано), испускаемое источником 104, проходит к четвертому элементу 122, показанному на Фиг.7.

В представленном варианте выполнения устройства каждый из световых лучей 106а1 и 106а2 образует с сенсорной поверхностью 130 угол, величина которого составляет приблизительно 5°. Внутрь сенсорного световода 108 могут быть впущены световые лучи (не показаны), образующие различные углы с сенсорной поверхностью 130. Кроме того, световое излучение может подаваться непрерывно, в виде импульсов или же посредством любого комбинирования указанных способов подачи светового излучения.

На Фиг.9 представлен поперечный разрез, взятый вдоль линии IX-IX (см. Фиг.7). На данном чертеже показаны, помимо всего прочего, второй элемент 112 перенаправления светового излучения и часть сенсорного световода 108. Второй элемент 112 перенаправления светового излучения служит для выполнения, по меньшей мере, двух функций. Первая функция элемента 112 заключается в том, что он отклоняет, по меньшей мере, часть светового излучения, поступающего от источника светового излучения, в направлении первого элемента 114 перенаправления светового излучения, причем световое излучение отклоняется таким образом, что оно начинает проходить, по существу, вдоль пути, расположенного параллельно оси у (см. Фиг.7). Вторая функция второго элемента 112 заключается в том, что он отклоняет, по меньшей мере, часть светового излучения в направлении первого элемента 114 перенаправления светового излучения, причем световое излучение отклоняется таким образом, что в него могут быть внесены нарушения объектом (не показан), контактирующим с сенсорной поверхностью 130.

На Фиг.9 показаны два световых луча 106а1 и 106а2, направление прохождения которых меняется посредством использования второго элемента 112 перенаправления светового излучения. В результате изменения направления прохождения световых лучей 106а1 и 106а2 мы получаем, соответственно, световые лучи 106b1 и 106b2. Стрелки указывают направление прохождения световых лучей 106. В целях удобства как падающие световые лучи 106а1 и 106а2, так и отраженные световые лучи 106b1 и 106b2 проектируются на плоскость поперечного разреза IX-IX, показанного на Фиг.7. Два падающие световых луча 106а1 и 106а2, показанные на Фиг.9, соответствуют двум световым лучам 106а1 и 106а2, показанным на Фиг.8. Кроме того, в целях удобства на Фиг.9 показано, что два световых луча 106а1 и 106а2 поступают на одну и ту же точку, расположенную на втором элементе 112 перенаправления светового излучения.

В связи с тем, что из источника 104 светового излучения в световод поступают световые лучи, проходящие между двумя световыми лучами 106а1 и 106а2 (см. Фиг.8), светоотражающая часть 110, показанная на Фиг.9, будет освещена такими световыми лучами (не показаны), величины угла падения которых не будут выходить за те предельные величины, которые относятся к двум показанным поступающим световым лучам 106а1 и 106а2.

Светоотражающая часть 110 наклонена относительно нормали к сенсорной поверхности 130, причем эта часть образует с сенсорной поверхностью угол α, величина которого составляет приблизительно 81°. Величины угла α могут быть различными, то есть данный угол может находиться в пределах от 60° до 89° или же в пределах от 70° до 86° и, кроме того, величина угла α может быть определена посредством вычитания из 180° величины любого угла, относящегося к вышеупомянутым пределам.

Дополнительно, светоотражающая часть 110 может включать в себя различные участки (не показаны), которые могут образовывать различные углы с сенсорной поверхностью 130.

По причине наличия наклона светоотражающей части 110 относительно сенсорной поверхности 130 углы падения отраженных световых лучей 106b1 и 106b2 относительно сенсорной поверхности 130 отличаются от углов падения световых лучей 106а1 и 106а2. Каждый из отраженных световых лучей 106b1 и 106b2 образует угол с нормалью к сенсорной поверхности 130, причем величина этого угла не превышает критический угол θ_c.o объекта (не показан), но при этом превышает критический угол θ_с.а окружающей среды. Таким образом, тогда, когда объект не контактирует с сенсорной поверхностью 130, отраженные световые лучи 106b1 и 106b2 направляются посредством сенсорного световода 108 от второго элемента 112 перенаправления светового излучения к первому элементу 114 перенаправления светового излучения, что достигается посредством наличия полного внутреннего отражения от сенсорной поверхности 130. Однако в случае контакта объекта (не показан) с сенсорной поверхностью 130 в световые лучи 106b1 и 106b2 могут быть внесены нарушения.

Подобным же образом световое излучение (не показано), освещающее четвертый элемент 122 перенаправления светового излучения, отклоняется в направлении третьего элемента 124 перенаправления светового излучения, причем во время выполнения отклонения имеет место изменение величины того угла, который световой луч (не показан) образует с сенсорной поверхностью 130. При этом в световой луч (не показан), направляемый сенсорным световодом 108 от четвертого элемента 122 к третьему элементу 124, могут быть внесены нарушения объектом (не показан), контактирующим с сенсорной поверхностью 130.

На Фиг.10 представлен поперечный разрез, взятый вдоль линии Х-Х (см. Фиг.7). На Фиг.10 показаны, помимо прочих элементов, первый элемент 114 перенаправления светового излучения и часть сенсорного световода 108. Первый элемент 114 служит для выполнения, по меньшей мере, двух функций. Первая функция первого элемента 114 перенаправления светового излучения заключается в том, что он обеспечивает отклонение, по меньшей мере, части светового излучения, поступающего от второго элемента 112 перенаправления светового излучения, в направлении детекторной матрицы 120 так, как это показано на Фиг.7. Вторая функция первого элемента 114 перенаправления светового излучения заключается в том, что тогда, когда прохождение светового излучения осуществляется посредством световода 108, первый элемент 114 не допускает внесения нарушений объектом (не показан), контактирующим с сенсорной поверхностью 130, по меньшей мере, в часть светового излучения, отклоненного этим элементом в направлении детекторной матрицы 120.

На Фиг.10 показаны четыре световых луча 106b1а, 106b2а, 106b1b и 106b2b, которые поступают на первый элемент 114 перенаправления светового излучения и отклоняются этим элементом. Стрелки указывают направление прохождения световых лучей 106. Для удобства показано, что четыре световых луча 106b1а, 106b2а, 106b1b и 106b2b поступают на одну и ту же точку, расположенную на поверхности первого элемента 114 перенаправления светового излучения.

Четыре световых луча 106b1а, 106b2а, 106b1b и 106b2b, показанные на Фиг.10, представляют возможные углы падения на первый элемент 114 перенаправления светового излучения. Такое поступление указанных лучей обусловлено отражением двух световых лучей 106b1 и 106b2 от второго элемента 112 перенаправления светового излучения (см. Фиг.9).

Световой луч, как то: световой луч 106b1а, 106b2а, 106b1b или 106b2b, поступающий на первый элемент 114, может поступать сверху, как то: лучи 106b1а и 106b2а, обозначенные сплошной линией, или же снизу, как то лучи 106b1b и 106b2b, обозначенные пунктирной линией. То направление, откуда поступает световой луч 106b1а, 106b2а, 106b1b или 106b2b, то есть поступает он сверху или снизу, зависит от следующих факторов: от расстояния между точкой поступления на второй элемент 112 перенаправления светового излучения и точкой поступления на первый элемент 114 перенаправления светового излучения, от расстояния между сенсорной поверхностью 130 и второй поверхностью 134, а также от величины угла, образуемого данным световым лучом с сенсорной поверхностью 130.

Светоотражательная часть 116 первого элемента 114 перенаправления светового излучения, который показан на Фиг.10, наклонена относительно сенсорной поверхности 130, в результате чего образуется угол β, величина которого, по существу, равна величине угла α. Угол α - это угол, образованный светоотражающей частью 110 второго элемента 112 перенаправления светового излучения с сенсорной поверхностью 130 (см. Фиг.9). В данном случае поступающие сверху световые лучи 106b1а и 106b2а, которые обозначены сплошной линией, будут отражены таким образом, что соответствующие отраженные световые лучи 106с1а и 106с2а, также обозначенные сплошной линией, сформируют с сенсорной поверхностью 130 практически такие же углы, что и углы, образованные световыми лучами 106а1 и 106а2, поступившими внутрь сенсорного световода 108, показанного на Фиг.8. При этом поступающие снизу световые лучи 106b1b и 106b2b, которые обозначены пунктирной линией, будут отражены таким образом, что соответствующие отраженные световые лучи 106c1b и 106с2b, также обозначенные пунктирной линией, сформируют с нормалью к сенсорной поверхности 130 углы, имеющие меньшие величины, чем величины углов, образованных поступающими световыми лучами 106b1b и 106b2b.

Приблизительно половина светового излучения, освещающего первый элемент 114 перенаправления светового излучения, поступает сверху, причем величины образуемых углов падения не будут выходить за те величины, которые относятся к двум показанным поступающим световым лучам 106b1а и 106b2а, обозначенным сплошной линией. Соответственно, снизу поступает другая половина светового излучения, освещающего первый элемент 114, причем величины образуемых углов падения не будут выходить за те величины, которые относятся к двум показанным поступающим световым лучам 106b1b и 106b2b, обозначенным пунктирной линией.

В связи с тем, что отраженные световые лучи 106с1а и 106с2а, обозначенные сплошной линией, образуют с сенсорной поверхностью 130 такие углы, которые, по существу, находятся в тех же самых пределах, что и углы, образованные световыми лучами 106а1 и 106а2, которые показаны на Фиг.8, световые лучи 106с1а и 106с2а будут направлены посредством сенсорного световода 108 на детекторную матрицу 120. Объект (не показан), контактирующий с сенсорной поверхностью, не сможет внести нарушения в световые лучи (не показаны), величины углов которых не выходят за те величины, которые относятся к световым лучам 106с1а и 106с2а. Это связано с тем, что те световые лучи, которые не показаны, образуют с сенсорной поверхностью 130 такие углы падения, величины которых превышают величину критического угла θ_с.о объекта (не показан).

Отраженные световые лучи 106c1b и 106с2b, обозначенные пунктирной линией, могут, благодаря большому углу падения на сенсорную поверхность 130, не подвергаться полному внутреннему отражению, обусловленному поступлением на сенсорную поверхность 130. Устройство 102 включает в себя покрытие 131, выполненное в виде полосы (или обычное покрытие), служащее для внесения нарушений, по меньшей мере, в часть световых лучей 106c1b и 106с2b. Внесение нарушений может осуществляться посредством выведения, рассеяния, поглощения или же посредством любого комбинирования указанных способов внесения нарушений. Покрытие, выполненное в виде полосы, может включать в себя материал, величина показателя преломления которого не превышает величину показателя преломления объекта, то есть указанная величина материала может быть примерно равна показателю преломления воды или превышать данный показатель. В варианте выполнения устройства покрытие 131 размещено в световоде 108, причем покрытие 131, которому придана форма полосы, отсутствует.

В качестве альтернативы покрытию 131 или же в качестве дополнения к этому покрытию в варианте выполнения устройства может быть применен другой принцип, обеспечивающий гарантию того, что световые лучи, как то: световые лучи 106с1b и 106с2b, не достигнут детекторной матрицы 120. В связи с тем, что в световые лучи 106c1b и 106с2b могут быть внесены нарушения во время их прохождения от первого элемента 114 перенаправления светового излучения к детекторной матрице 120, может стать желательным, чтобы световые лучи 106c1b и 106с2b не достигали детекторной матрицы 120. Например, может предотвращаться выведение световых лучей 106c1b и 106с2b из световода 108 в направлении детекторной матрицы 120. Эта задача может быть выполнена посредством применения пространственной фильтрации между детекторной матрицей 120 и световодом 108. Пространственная фильтрация может быть осуществлена, например, посредством создания воздушного зазора между световодом 108 и детекторной матрицей 120. Применение пространственной фильтрации, осуществляемой посредством создания воздушного зазора, является гарантией того, что на используемую детекторную матрицу поступит то световое излучение, которое проходит, по существу, в плоскости, параллельной сенсорной поверхности световода, то есть на детекторную матрицу поступят световые лучи 106с1а и 106с2а. Кроме того, применение пространственной фильтрации, осуществляемой посредством создания воздушного зазора, является гарантией того, что на используемую детекторную матрицу не поступит то световое излучение, которое не проходит, по существу, в плоскости, параллельной сенсорной поверхности световода, то есть на детекторную матрицу не поступят световые лучи 106c1b и 106с2b. Световым излучением, в которое не могут быть внесены нарушения объектом, контактирующим с сенсорной поверхностью, является то световое излучение, которое проходит, по существу, в плоскости, параллельной сенсорной поверхности световода.

Учитывая все сведения, приведенные выше, можно утверждать, что здесь представлено устройство 102, служащее для кодирования положения точки контакта (не показана) объекта (не показан) с сенсорной поверхностью 130, причем кодирование осуществляется посредством внесения нарушений в световой луч (световые лучи) в точке контакта (не показана). Объект, расположенный у точки контакта, вносит нарушения в световые лучи 106, поступающие от источника 104 светового излучения и проходящие внутри устройства 102 в различных направлениях, причем указанные световые лучи меняют направление прохождения, как правило, три раза, и в конечном итоге поступают на детекторную матрицу 120. На начальном этапе прохождения световых лучей внутри устройства 102 эти лучи образуют такие углы с сенсорной поверхностью 130, при которых предотвращается внесение нарушений в эти лучи указанным объектом. Элементы 112, 114, 122, 124 перенаправления светового излучения образуют углы с сенсорной поверхностью 130. Величины данных углов таковы, что в результате отражения, осуществляемого светоотражающими частями 110 и 128, световое излучение, проходящее в устройстве 102, образует такие углы с сенсорной поверхностью 130, при которых вышеупомянутым объектом могут быть внесены искажения, по меньшей мере, в часть светового излучения. После последующего отражения, осуществляемого светоотражающими частями 116 и 125, световое излучение снова проходит внутри устройства, причем на данном этапе с сенсорной поверхностью 130 образуются такие углы, при которых предотвращается внесение искажений в световое излучение вышеупомянутым объектом.

Конечно, могут быть рассмотрены и иные варианты устройства 102, речь о котором шла выше. Например, в одном варианте выполнения устройства (не показан), которое подобно устройству 102, световое излучение, испускаемое соответствующим источником, может образовывать такие углы с сенсорной поверхностью, которые будут выходить за пределы установленного диапазона, рассмотренного со ссылкой на Фиг.8. Работа данного варианта устройства может быть подобна работе устройства 102, но с тем отличием, что процесс определения положения точки контакта станет более сложным и менее точным.

На Фиг.11 схематически представлен световод 408 устройства 402 в поперечном разрезе. Световод 408 снабжен слоем или покрытием 4 33, служащим для внесения нарушений в такое световое излучение 406, величина угла падения которого не превышает определенную пороговую величину, задаваемую углом у. Внесение нарушений может осуществляться посредством выведения, рассеяния, поглощения или же посредством любого комбинирования указанных способов внесения нарушений. Слой или покрытие 4 33 может включать в себя материал, величина показателя преломления которого не превышает величину показателя преломления объекта, то есть указанная величина материала может быть примерно равна показателю преломления воды или превышать данный показатель. Таким образом, та часть светового излучения, проходящего от первого или третьего элемента перенаправления светового излучения к детекторной матрице, которая образует такие углы с сенсорной поверхностью, при которых внесение нарушений возможно, например, водой или объектом, будет выведена из устройства заранее. Как результат, световое излучение, проходящее от первого или третьего из вышеуказанных элементов к детекторной матрице, будет вносить минимальный вклад в распределение интенсивности светового излучения на этой матрице.

На Фиг.12 схематически представлен вид сверху устройства 202 согласно данному изобретению. Устройство 202 включает в себя планарный сенсорный световод 208, снабженный сенсорной поверхностью 230, а также планарный первый передающий световод 236 излучения. Световоды 208 и 236 уложены в виде штабеля (см. Фиг.13 и 14, на каждом из которых представлены в поперечном разрезе различные части устройства 202).

При прохождении светового излучения, излучаемого источником 204, в направлении детекторной матрицы 220 одна часть этого излучения проводится посредством первого передающего световода 236 излучения, а другая часть проводится посредством сенсорного световода 208. Кроме того, когда излучение проходит от источника 204 к детекторной матрице 220, элементы 212, 214, 222 и 224 перенаправления светового излучения отклоняют световое излучение между световодами. На Фиг.12 представлен в качестве примера световой луч 206, включающий в себя световые лучи 206а, 206b и 206с. Световые лучи 206а и 206с, обозначенные пунктирной линией, снабженной стрелкой, проводятся посредством первого передающего световода излучения 236, в то время как световой луч 206b, обозначенный сплошной линией, снабженной стрелкой, направляется посредством сенсорного световода 208. Следует отметить, что, будучи спроектированными на плоскость ху (если смотреть сверху), пути прохождения светового излучения, как то светового луча 206, проходящего внутри устройства 202, подобны путям прохождения светового излучения, проходящего как внутри устройства 2, так и внутри устройства 102.

Источник 204 изучает световое излучение, такое как световой луч 206а, который поступает в первый передающий световод 236 в целях освещения, по существу, всех светоотражающих частей 210 второго элемента 212 перенаправления светового излучения. Подобным же образом источник 204 излучает световое излучение (не показано), которое поступает в передающий первый световод 236 для освещения, по существу, всех светоотражающих частей 228 четвертого элемента 222 перенаправления светового излучения.

Световое излучение, освещающее, по существу, все части 210, отклоняется вторым элементом 212 таким образом, что оно поступает как внутрь сенсорного световода 208, так и в направлении первого элемента 214 перенаправления светового излучения. Подобно вышесказанному световое излучение (не показано), освещающее, по существу, все части 228, отклоняется четвертым элементом 222 таким образом, что оно поступает как внутрь сенсорного световода 208, так и в направлении третьего элемента 224 перенаправления светового излучения.

Световое излучение, такое как световой луч 206b, который поступает на первый элемент 214 перенаправления светового излучения, отклоняется этим элементом таким образом, что он поступает как внутрь первого передающего световода 236, так и в направлении детекторной матрицы 220. Подобно вышесказанному световое излучение (не показано), поступающее на третий элемент 224 перенаправления светового излучения, отклоняется этим элементом таким образом, что оно поступает как внутрь первого передающего световода 236, так и в направлении детекторной матрицы 220.

Желательно, чтобы объект (не показан), контактирующий с сенсорной поверхностью 230, вносил нарушения исключительно в световое излучение, проходящее от второго элемента 212 перенаправления светового излучения к первому элементу 214 перенаправления светового излучения (в данном случае - в световой луч 206b), а также в световое излучение, проходящее от четвертого элемента 222 перенаправления светового излучения к третьему элементу 224 перенаправления светового излучения.

Соответственно, как об этом уже говорилось выше, достоинство совместного применения сенсорного световода 208 и первого передающего световода 236 заключается в том, что то световое излучение, в которое, по преимуществу, могут быть внесены нарушения объектом (не показан), контактирующим с сенсорной поверхностью 230, и то световое излучение, в которое, по преимуществу, не могут быть внесены нарушения данным объектом, могут быть четко отделены друг от друга.

Световое излучение, направляемое посредством сенсорного световода 208 от второго элемента 212 перенаправления светового излучения к первому элементу 214 перенаправления светового излучения, образует такие углы падения относительно сенсорной поверхности 230, что их величины не превышают величину критического угла θ_c.o объекта (не показан), но при этом превышают величину критического угла θ_с.а окружающей среды. Соответственно, световое излучение (не показано), направляемое посредством сенсорного световода 208 от четвертого элемента 222 перенаправления светового излучения к третьему элементу 224 перенаправления светового излучения, образует такие углы падения относительно сенсорной поверхности 230, что их величины не превышают величину критического угла θ_c.o объекта (не показан), но при этом превышают величину критического угла θ_с.а окружающей среды. Таким образом, объект (не показан), контактирующий с сенсорной поверхностью 230, например, в некоторой точке, расположенной на этой поверхности, также отражающей световой луч 206b, вносит нарушения в световой луч 206b посредством, например, выведения этого луча из сенсорного световода 208. Таким образом, достоинства, которые были упомянуты в отношении устройства 102, также применимы и к устройству 202.

В одном варианте выполнения устройства (не показан) первый передающий световод излучения включает в себя сенсорную поверхность.

На Фиг.13 представлен поперечный разрез, взятый вдоль линии XIII-XIII (см. Фиг.12). На Фиг.13, среди прочих элементов, показан второй элемент 212 перенаправления светового излучения. Линиями, снабженными стрелками, обозначены световые лучи 206, излучаемые источником 204 (см. Фиг.12), причем световые лучи 206 падают на светоотражающую часть 210 второго элемента 212 перенаправления светового излучения. Световые лучи 206, которые проходят внутри первого передающего световода 236, отражаются таким образом, что они поступают в сенсорный световод 208 и проходят в направлении первого элемента 214 перенаправления светового излучения.

Светоотражающая часть 210 второго элемента 212 перенаправления светового излучения включает в себя первый светоотражающий участок 240 и второй светоотражающий участок 242, которые расположены, по существу, под прямым углом друг к другу. Поверхность второго светоотражающего участка 242 включает в себя последовательно расположенные зоны, на которых имеются наклонные плоскости, образующие углы величиной приблизительно +9° и -9°. Указанные углы, образованные относительно нормали к первому светоотражающему участку 240, являются попеременно чередующимися. Наклоны плоскостей подогнаны под определенный диапазон величин углов, относящихся к световому излучению, испускаемому источником 204. К примеру, в одном варианте выполнения устройства (не показан) наклонные плоскости могут образовывать углы, имеющие другие величины, как то углы, лежащие в пределах диапазона ±1-20°.

Световое излучение поступает от источника 204 внутрь первого передающего световода 236 подобно тому, как в устройстве 102 световое излучение поступает от источника 104 внутрь сенсорного световода 108. Следовательно, первый светоотражающий участок 240, показанный на Фиг.13, освещается, по существу, такими световыми лучами, величины угла падения которых не выходят за те величины, которые относятся к двум световым лучам 206, поступающим на первый светоотражающий участок 240.

Второй светоотражающий участок 242 имеет такую форму, что отражаемые от него световые лучи 206, которые проходят в направлении первого элемента 214 перенаправления светового излучения, образуют такие углы с сенсорной поверхностью, что объект (не показан), контактирующий с сенсорной поверхностью 230, может внести нарушения в световые лучи 206 во время их прохождения в направлении первого элемента 214.

Четвертый элемент 222 перенаправления светового излучения функционирует подобным же образом.

Для разделения волноводов между первым передающим световодом 236 и сенсорным световодом 208 проложен изолирующий слой 244. Применение данного слоя предотвращает проникновение светового излучения, проходящего внутри одного из световодов, в другой световод.

На Фиг.14 представлен поперечный разрез, взятый вдоль линии XIV-XIV (см. Фиг.12). Среди прочих элементов на Фиг.14 показан первый элемент 214 перенаправления светового излучения. Данный элемент 214, по существу, идентичен второму элементу 212 перенаправления светового излучения. На Фиг.14 в качестве примера показаны восемь световых лучей 206, которые отклоняются светоотражающим участком 216 первого элемента 214 перенаправления светового излучения. Световые лучи 206, проходящие внутри сенсорного световода 208, поступают на первый светоотражающий участок 246 светоотражающей части 216, и при этом некоторые из световых лучей 206 впоследствии отражаются вторым светоотражающим участком 248 светоотражающей части 216, в результате чего эти лучи начинают проходить в направлении детекторной матрицы 220, что достигается посредством использования первого передающего световода 236.

Первый светоотражающий участок 246 и второй светоотражающий участок 248 расположены, по существу, под прямым углом друг к другу. Однако поверхность первого светоотражающего участка 246 включает в себя последовательно расположенные зоны, на которых имеются наклонные плоскости, образующие углы величиной приблизительно +9° и -9°. Указанные углы, образованные относительно нормали ко второму светоотражающему участку 248, являются попеременно чередующимися.

Четыре из восьми световых лучей 206, поступающих на первый светоотражающий участок 246, обозначены сплошными линиями, в то время как остальные четыре световых луча обозначены пунктирными линиями. Каждый из четырех световых лучей 206, обозначенных пунктирными линиями, проходит параллельно соответствующему лучу из четырех световых лучей 206, обозначенных сплошными линиями. Четыре световых луча 206, обозначенные пунктирными линиями, и четыре световых луча 206, обозначенные сплошными линиями, поступают на две соседние плоскости первого светоотражающего участка 246, которые не являются параллельными.

Те линии, которые выходят за пределы светоотражающей части 216 или поверхности первого передающего световода 236, указывают на то, что соответствующий световой луч не проходит в направлении детекторной матрицы 220. Соответствующий световой луч мог быть выведен, поглощен, рассеян, то есть отклонен в неопределенном направлении, и при этом на прохождение данного луча могли оказать влияние сразу несколько из указанных факторов в любом их сочетании.

В одном варианте выполнения устройства (не показан), который подобен рассматриваемому варианту, в первый передающий световод поступает такой световой луч, который образует с сенсорной поверхностью угол, величина которого не превышает величину критического угла θ_с.о объекта.

Третий элемент 224 перенаправления светового излучения функционирует подобным же образом.

В одном варианте выполнения устройства (не показан) световое излучение, поступающее на первый элемент перенаправления светового излучения от второго элемента перенаправления светового излучения, отклоняется в направлении детекторной матрицы посредством его пропускания через сенсорный световод. Подобным же образом световое излучение, поступающее на третий элемент перенаправления светового излучения от четвертого элемента перенаправления светового излучения, также отклоняется в направлении детекторной матрицы, пройдя через сенсорный световод.

В одном варианте выполнения устройства (не показан) световое излучение, испускаемое соответствующим источником, вводится в сенсорный световод, благодаря чему световое излучение проходит в направлении второго элемента перенаправления светового излучения. Подобным же образом световое излучение, излучаемое соответствующим источником, вводится в сенсорный световод, благодаря чему световое излучение проходит в направлении четвертого элемента перенаправления светового излучения.

На Фиг.15 представлена часть устройства 1002 согласно данному изобретению, причем на фигуре показан вид в поперечном разрезе светоотражающей части 1010 второго элемента 1012 перенаправления светового излучения. Устройство 1002 подобно устройству 202. Светоотражающая часть 1010 включает в себя первый светоотражающий участок 1040 и второй светоотражающий участок 1042. Второй светоотражающий участок 1042 включает в себя три последовательно расположенные зоны, на которых имеются наклонные плоскости, образующие углы величиной приблизительно +9° и -9°. Указанные углы, образованные относительно нормали к первому светоотражающему участку 1040, являются попеременно чередующимися. Та зона второго светоотражающего участка 1042, которая расположена ближе всего к первому светоотражающему участку 1040, образует с первым светоотражающим участком 1040 тупой угол. Наличие такого угла необходимо для оптимального ввода светового излучения, поступающего от первого передающего световода 1036, в сенсорный световод 1008. Линиями, снабженными стрелками, обозначены те приведенные в качестве примера светового луча 1006, которые, проходя внутри первого передающего световода 1036, отклоняются светоотражающей частью 1010 таким образом, что они поступают внутрь сенсорного световода 1008.

На Фиг.16 представлена часть варианта выполнения устройства 1102 согласно изобретению, причем на чертеже показан вид в поперечном разрезе светоотражающей части 1110 второго элемента 1112 перенаправления светового излучения. Толщина сенсорного световода 1108 превышает толщину первого передающего световода 1136. Кроме того, второй светоотражающий участок 1142 имеет большие размеры, чем первый светоотражающий участок 1140.

На Фиг.17 схематически представлен вид сверху предпочтительного варианта выполнения устройства 302 согласно данному изобретению. Функционирование устройства 302 подобно функционированию устройства 202. Однако устройство 302 включает в себя три планарных световода, которые показаны на Фиг.18-20. Устройство 302 включает в себя планарный первый передающий световод 336 (см. Фиг.20), планарный передающий второй световод 338 (см. Фиг.18) и планарный сенсорный световод 308 (см. Фиг.19). Три планарные световода уложены в виде штабеля, причем первый передающий световод 336 и второй передающий световод 338 представляют собой нижние слои штабеля, а сверху располагается сенсорный световод 308. Такое расположение сенсорного световода 308 делает сенсорную поверхность 330 доступной для объекта (не показан).

Световое излучение, направляемое посредством сенсорного световода 308 от второго элемента 312 перенаправления светового излучения к первому элементу 314 перенаправления светового излучения, образует такие углы с нормалью к сенсорной поверхности 330, что их величины не превышают величину критического угла θ_с.о объекта (не показан), но при этом превышают величину критического угла θ_с.а окружающей среды. Подобное утверждение применимо и к световому излучению, направляемому посредством сенсорного световода 308 от четвертого элемента 322 перенаправления светового излучения к третьему элементу 324 перенаправления светового излучения. Таким образом, объект (не показан), контактирующий с сенсорной поверхностью 330, может вносить нарушения как в световое излучение, отклоняемое вторым элементом 312 в направлении первого элемента 314, так и в световое излучение, отклоняемое четвертым элементом 322 в направлении третьего элемента 324. Таким образом, те достоинства, что относятся к устройствам 102 и 202, также применимы и к устройству 302.

На Фиг.17 в качестве примера представлен световой луч 306, испускаемый источником 304, причем данный световой луч поступает во второй передающий световод 338 (см. Фиг.18) в целях прохождения в направлении второго элемента 312 перенаправления светового излучения. Второй элемент 312 отклоняет световой луч 306 таким образом, что он поступает в сенсорный световод 308 в целях прохождения в направлении первого элемента 314 перенаправления светового излучения (см. Фиг.19). Первый элемент 314 отклоняет световой луч 306 таким образом, что он поступает в первый передающий световод 336 в целях прохождения в направлении детекторной матрицы 320 (см. Фиг.20). Для обозначения светового луча 306 используются различные линии, а именно: если этот световой луч направляется вторым передающим световодом 338, то используется пунктирная линия, если световой луч направляется сенсорным световодом 308, то используется сплошная линия, а в случае направления светового луча первым передающим световодом 336 используется пунктирная линия с точками. На Фиг.17 для обозначения детекторной матрицы 320 использована пунктирная линия с точками, что указывает на то, что световое излучение, направляемое посредством второго передающего световода 338 и сенсорного световода 308, не поступает непосредственно на детекторную матрицу 320.

На Фиг.18 показано, что световое излучение, испускаемое источником 304, освещает, по существу, все светоотражающие части 310 второго элемента 312 перенаправления светового излучения. Кроме того, на Фиг.18 показано, что световое излучение, испускаемое источником 304, освещает, по существу, все светоотражающие части 328 четвертого элемента 322 перенаправления светового излучения.

Устройство 302 имеет то достоинство, что в плоскости, расположенной практически под всей поверхностью сенсорного световода 308, световые лучи проходят как от второго элемента 312 перенаправления светового излучения, так и от четвертого элемента 322 перенаправления светового излучения (см. Фиг.19). Таким образом, размеры сенсорной поверхности могут существенно увеличиться относительно протяженности сенсорного световода 308 в плоскости ху.

Кроме того, устройство 302 имеет то достоинство, что для достижения того, чтобы световое излучение не поступало непосредственно от источника светового излучения 304 на детекторную матрицу 320, не следует прилагать особых усилий, которые могут заключаться в установке элемента (не показан) перед указанным источником 304.

Таким образом, посредством использования устройства 302 представляется возможным установить положение точки контакта объекта (не показан) с сенсорной поверхностью 330 сенсорного световода 308.

На Фиг.21 схематически представлен вид сверху сенсорного устройства 502 согласно данному изобретению. Устройство 502 включает в себя следующие элементы: планарный сенсорный световод 508, имеющий сенсорную поверхность 530; первый набор источников светового излучения 550; второй набор источников светового излучения 552; первый элемент 514 перенаправления светового излучения, имеющий светоотражающие части 516; третий элемент 524 перенаправления светового излучения; детекторную матрицу 520. Объект (не показан) может взаимодействовать с устройством 502 подобно тому, как объект (не показан) взаимодействует с устройством 102. Иными словами, объект (не показан), контактирующий с сенсорной поверхностью 530, может вносить нарушения в световое излучение, проходящее в направлении первого элемента 514 перенаправления светового излучения, но при этом данный объект может, преимущественно, не вносить нарушения в световое излучение, отклоняемое первым элементом 514 в направлении детекторной матрицы 520. Третий элемент 524 перенаправления светового излучения функционирует подобным же образом.

Вариант выполнения устройства 502 имеет то достоинство, что световой луч, который проходит в направлении детекторной матрицы 520, отклоняется как элементом 514 перенаправления светового излучения, так и элементом 524 перенаправления светового излучения только один раз.

На Фиг.21 световой луч 506 обозначен сплошными линиями, снабженными стрелками; при этом световой луч 506 проходит от первого набора источников светового излучения 550 в направлении первого элемента 514 перенаправления светового излучения, а затем световой луч 506 проходит в направлении детекторной матрицы 520. Световой луч 506 включает в себя два луча 506b и 506с. Световой луч 506b образует такой угол с нормалью к сенсорной поверхности 530, величина которого не превышает величину критического угла θ_с.о объекта (не показан), но при этом превышает величину критического угла θ_с.а окружающей среды. Таким образом, объект (не показан), контактирующий с сенсорной поверхностью 530, может вносить нарушения в световой луч 506b во время прохождения этого луча в направлении первого элемента 514 перенаправления светового излучения.

Первый элемент 514 перенаправления светового излучения отклоняет световой луч 506 таким образом, что световой луч 506с проходит в направлении детекторной матрицы 520. Во время прохождения светового луча 506с этот угол образует такой угол с нормалью к сенсорной поверхности 530, величина которого превышает величину критического угла θ_с.о объекта (не показан). Таким образом, объект (не показан) не может внести нарушения в световой луч 506с во время его прохождения в направлении детекторной матрицы 520.

Посредством использования первого набора источников светового излучения 550 осуществляется освещение практически всех светоотражающих частей 516 первого элемента 514 перенаправления светового излучения.

Подобным же образом от второго набора источников светового излучения 552 в направлении третьего элемента 524 перенаправления светового излучения исходят световые лучи (не показаны), которые затем проходят в направлении детекторной матрицы 520. Соответственно, данным световым лучам присущи те же признаки, что и световым лучам, исходящим от набора источников 550.

На Фиг.22 схематически представлен вид сверху варианта выполнения сенсорного устройства 602 согласно данному изобретению. Устройство 602 включает в себя следующие элементы: планарный сенсорный световод 608, имеющий сенсорную поверхность 630; источник светового излучения 604; второй элемент 612 перенаправления светового излучения, имеющий светоотражающие части 610; четвертый элемент 622 перенаправления светового излучения; первую детекторную матрицу 654; вторую детекторную матрицу 656. Объект (не показан) может взаимодействовать с устройством 602 подобно тому, как объект (не показан) взаимодействует с устройством 102. Иными словами, объект (не показан), контактирующий с сенсорной поверхностью 630, может вносить нарушения в световое излучение, отклоненное вторым элементом 612 перенаправления светового излучения, но при этом данный объект может, преимущественно, не вносить нарушения в световое излучение, испускаемое источником 604 в направлении второго элемента 612. Четвертый элемент 622 перенаправления светового излучения функционирует подобным же образом.

Вариант выполнения устройства 602 имеет то достоинство, что световой луч, излучаемый источником 604 светового излучения, отклоняется как элементом 514 перенаправления светового излучения, так и элементом 524 перенаправления светового излучения до того, как он поступит на детекторную матрицу 654/656, только один раз.

На Фиг.22 для обозначения светового луча 606 использованы сплошные линии со стрелками. Световой луч 606 проходит от источника 604 светового излучения в направлении второго элемента 612 перенаправления светового излучения, который отклоняет световой луч 606 в направлении первой детекторной матрицы 654.

Световой луч 606 включает в себя два луча 606а и 606b. Световой луч 606а образует такой угол с нормалью к сенсорной поверхности 630, величина которого превышает величину критического угла θ_с.о объекта (не показан). Таким образом, объект (не показан) не может вносить нарушения в световой луч 606а.

Второй элемент 612 перенаправления светового излучения отклоняет световой луч 606 таким образом, что световой луч 606b проходит в направлении первой детекторной матрицы 654. Во время прохождения светового луча 606b этот угол образует такой угол с нормалью к сенсорной поверхности 630, величина которого не превышает величину критического угла θ_с.о объекта (не показан), но при этом превышает величину критического угла θ_с.а окружающей среды. Таким образом, объект (не показан), контактирующий с сенсорной поверхностью 630, может внести нарушения в световой луч 606b во время его прохождения от второго элемента 612 перенаправления светового излучения к первой детекторной матрице 654.

Источник 604 светового излучения осуществляет освещение практически всех светоотражающих частей 610 второго элемента 612 перенаправления светового излучения.

Подобным же образом от источника 604 светового излучения в направлении четвертого элемента 622 перенаправления светового излучения исходят световые лучи (не показаны), которые затем проходят в направлении второй детекторной матрицы 656. Соответственно, данным световым лучам присущи те же признаки, что и световому излучению, исходящему от источника 604 в направлении четвертого элемента 622.

На Фиг.23-25 представлены различные варианты выполнения устройства согласно данному изобретению, причем в данных вариантах детекторные матрицы отличаются друг от друга. Любой из вариантов, представленных на Фиг.23-25, может быть скомбинирован с любым из устройств, рассмотренных выше, к которым относятся устройства 2, 102, 202, 302, 402, 502 и т.д.

На Фиг.23 схематически представлен вид сверху варианта выполнения сенсорного устройства 702 согласно данному изобретению. Детекторная матрица 720 расположена за точкой фокусировки 758 четырех крайних световых лучей 706. В результате установки детекторной матрицы 720 за точкой 758 фокусировки световых лучей 706 становится возможным установить второй элемент 712 перенаправления светового излучения и четвертый элемент 722 перенаправления светового излучения впритык друг к другу. Соответственно, значительно увеличивается площадь той части сенсорной поверхности 730, которая может быть использована. В целях устранения помех, наличие которых может быть обусловлено поступлением на детекторную матрицу 720 нежелательного светового излучения, около точки 758 фокусировки или непосредственно в данной точке может быть установлен фильтр. Варианты выполнения устройства, показанные на Фиг.24 и 25, могут включать в себя подобный фильтр, установленный около или в пределах точки фокусировки. Вариант выполнения устройства, включающий в себя фильтр, представлен на Фиг.34.

На Фиг.24 схематически представлен вид сверху варианта выполнения сенсорного устройства 802 согласно данному изобретению. Основная часть устройства 802 подобна устройству 702, и по данной причине устройство 802 функционирует практически точно так же, как и устройство 702. Кроме того, устройству 802 присущи, по существу, те же самые достоинства. Устройство 802 включает в себя оптический элемент 860, установленный перед детекторной матрицей 820. Оптический элемент 860 может представлять собой элемент, служащий для формирования изображений. Оптический элемент 860 обеспечивает надлежащее дальнейшее распространение расходящегося светового излучения еще до того, как это излучение поступит на детекторную матрицу 820. В результате применения оптического элемента 860 можно в полной мере использовать относительно широкую детекторную матрицу 820, установленную на меньшем расстоянии от точки 858 фокусировки, чем то расстояние, которое возможно без применения оптического элемента 860.

На Фиг.25 схематически представлен вид сверху варианта выполнения сенсорного устройства 902 согласно данному изобретению. Устройство 902 подобно как устройству 702, так и устройству 802. Световые лучи 906, прошедшие внутри сенсорного световода 908, направляются элементом 962 вниз еще до того, как световые лучи 906 поступят на детекторную матрицу 920. Такое отклонение лучей имеет то достоинство, что размер данного варианта выполнения устройства в плоскости ху уменьшается. В одном варианте выполнения устройства (не показан) детекторная матрица полностью покрыта сенсорным световодом, что обеспечивает еще большее уменьшение размера в плоскости ху сравнительно с устройством 902.

Кроме того, варианты выполнения устройства, представленные со ссылкой на Фиг.23-25, имеют то достоинство, что на детекторную матрицу может поступать только то световое излучение, которое проходит, по существу, в плоскости yz в направлении соответствующего первого элемента перенаправления светового излучения, или которое проходит, по существу, в плоскости xz в направлении соответствующего второго элемента перенаправления светового излучения. Например, указанная особенность вышеупомянутых вариантов выполнения изобретения может пригодиться, в частности, в случае комбинирования с устройством 502. При этом должно соблюдаться условие, заключающееся в том, что, по меньшей мере, один источник светового излучения, входящий в первый набор 550, излучает световое излучение в направлении, не проходящем в плоскости yz, или же заключающееся в том, что, по меньшей мере, один источник светового излучения, входящий во второй набор источников 552, излучает световое излучение в направлении, не проходящем в плоскости xz.

На Фиг.26 схематически представлен поперечный разрез варианта выполнения устройства 1202 согласно данному изобретению. В целях упрощения чертежа на нем отсутствуют все элементы перенаправления светового излучения. Из представленного чертежа можно видеть, что одно отражение и соответствующая точка падения светового луча 1206, расположенная на сенсорной поверхности 1230, могут с надлежащей точностью соответствовать точке падения на двухмерную детекторную матрицу 1220 и наоборот. Данная особенность может быть использована в таком варианте выполнения устройства (не показан) согласно данному изобретению, который включает в себя двухмерную детекторную матрицу, первый элемент перенаправления светового излучения и второй элемент перенаправления светового излучения. При этом в рассматриваемом варианте выполнения устройства нет необходимости в применении третьего элемента перенаправления светового излучения и четвертого элемента перенаправления светового излучения в целях двухмерного кодирования точки контакта объекта с сенсорной поверхностью. Как показано на Фиг.26, координата х сенсорной поверхности соответствует координате х двухмерной детекторной матрицы, а координата у сенсорной поверхности соответствует координате z двухмерной детекторной матрицы.

На Фиг.27 схематически представлен вид в поперечном разрезе варианта выполнения сенсорного устройства 1302 согласно данному изобретению. В световод 1366, установленный под сенсорным устройством, как то под устройством 2, 102, 202, 302, 402, 502, 602, 702, 802, 902, 1002, 1102 или 1202, вставлены микроструктуры 1364. Световое излучение 1368, отклоняемое микроструктурой 1364, проходит через сенсорную поверхность сенсорного устройства в целях предоставления информации пользователю 1370, для обозначения которого использовано схематическое изображение глаза. В целях упрощения на чертеже не отображено преломление светового излучения 1368 или любое другое оптическое явление.

На Фиг.28 схематически представлен вид в поперечном разрезе варианта выполнения сенсорного устройства 1402 согласно данному изобретению. Ниже сенсорного устройства, как то: ниже устройства 2, 102, 202, 302, 402, 502, 602, 702, 802, 902, 1002, 1102, 1202 или 1302 установлен дисплей 1472. Этот дисплей служит для предоставления информации пользователю 1470, для обозначения которого использовано схематическое изображение глаза. В результате комбинирования дисплея 1472 с сенсорным устройством согласно данному изобретению мы получаем сенсорный экран.

На Фиг.29 схематически представлен такой вариант выполнения сенсорного устройства 1502 согласно данному изобретению, который включает в себя устройство 1574 обработки сигналов. Данное устройство 1574 приспособлено для кодирования положения точки контакта объекта с сенсорным световодом (не показан) сенсорного устройства 1502. В одном варианте устройство 1574 обработки сигналов выполнено с возможностью вычисления следующих параметров: площади контакта объекта с сенсорным световодом, скорости, с которой объект контактирует с сенсорным световодом, величины ускорения, имеющей место при соприкосновении объекта с сенсорным световодом.

На Фиг.30 схематически представлен вид сверху такого варианта выполнения сенсорного устройства 1602 согласно данному изобретению, который включает в себя определенное количество сердцевин 1676, являющихся, по существу, линейными, причем световое излучение проходит внутри каждой из этих сердцевин в продольном направлении. Показанные на Фиг.30 сердцевины 1676 встроены в первый передающий световод. Таким образом, объект (не показан), контактирующий с сенсорной поверхностью, не может внести нарушения в световое излучение, проводимое посредством линейной сердцевины 1676. Сердцевины 1676 предназначены для направления светового излучения в направлении от источника 1604 светового излучения ко второму элементу 1612 перенаправления светового излучения. Сердцевины 1677 предназначены для направления светового излучения в направлении от источника 1604 к четвертому элементу 1622 перенаправления светового излучения. Определенное количество линейных сердцевин (не показаны) может быть приспособлено для направления светового излучения в направлении от первого элемента 1614 перенаправления светового излучения к детекторной матрице 1620. Кроме того, определенное количество линейных сердцевин (не показаны) может быть выполнено с возможностью направления светового излучения в направлении от третьего элемента 1624 перенаправления светового излучения к детекторной матрице 1620.

На Фиг.31 представлен поперечный разрез, взятый вдоль линии XXXI-XXXI (см. Фиг.30).

На Фиг.32 схематически представлен вид сверху варианта выполнения сенсорного устройства 1702 согласно данному изобретению. К представленному варианту применима геометрия плоскости, причем данный вариант отличается наличием канавок или каналов 1778, служащих для направления светового излучения. По меньшей мере, некоторые из образованных канавок или каналов 1778, служащих для направления светового излучения, пересекаются друг с другом. Пересекающиеся канавки или каналы 1778 проходят, по существу, под прямым углом относительно друг друга. Некоторые из показанных канавок или каналов предназначены для направления светового излучения в направлении от второго элемента 1712 перенаправления светового излучения к первому элементу 1714 перенаправления светового излучения. При этом некоторые из показанных канавок или каналов предназначены для направления светового излучения в направлении от четвертого элемента 1722 перенаправления светового излучения к третьему элементу 1724 перенаправления светового излучения.

На Фиг.33 представлен поперечный разрез, взятый вдоль линии XXXIII-XXXIII (см. Фиг.32).

На Фиг.34 схематически представлен вид сверху варианта выполнения устройства 1802 согласно данному изобретению. Представленный вариант включает в себя фильтр, установленный в точке фокусировки 1858 в целях устранения помех, наличие которых может быть обусловлено поступлением на детекторную матрицу 1820 нежелательного светового излучения. Фильтр схематически представлен в виде точечной диафрагмы, образованной в пластине 1880. Размер пластины 1880, показанной на чертеже, выбран в качестве показательного примера.

На Фиг.35 схематически представлен вид сверху варианта выполнения устройства согласно данному изобретению. Представленный вариант может включать в себя световод, состоящий из одного слоя или из нескольких слоев (данный световод может состоять, например, из одного слоя или же из двух или трех слоев). В месте, отстоящем от источника светового излучения 1904 на наибольшем расстоянии, установлен элемент 1982, функционирующий как отражатель. Поверхность указанного элемента 1982 искривлена в плоскости ху. Световое излучение 1907, поступающее от источника 1904, отклоняется таким образом, что получаемое в итоге этого отклонения световое излучение 1906 проходит, соответственно, в направлении второго элемента 1912 перенаправления светового излучения и в направлении четвертого элемента 1922 перенаправления светового излучения. Отклоненное световое излучение 1906 обозначено пунктирными линиями. Предпочтительно, отклонение осуществляется посредством отражения. Предпочтительно, элемент 1982, функционирующий как отражатель, представляет собой зеркало. Предпочтительно, имеет место равномерное распределение отклоненного светового излучения 1906, в результате чего второй элемент 1912 перенаправления светового излучения и четвертый элемент 1922 перенаправления светового излучения освещаются надлежащим образом. Тот факт, что источник светового излучения 1904 максимально приближен к детекторной матрице (не показана), может явиться достоинством, что связано с тем, что может быть уменьшено необходимое пространство вокруг световода.

Как уже говорилось выше, положение точки контакта может быть определено, исходя из изменения распределения интенсивности света, выявляемого посредством использования детекторной матрицы. Предпочтительно, положение точки контакта определяется посредством выявления детекторной матрицей тех изменений, относящихся к распределению интенсивности света, которые имеют место на координате х и на координате у. Если в данный момент времени имеет место только одно прикосновение, то изменения, выявленные применительно к координатам х и у, относятся к данному прикосновению.

Если же в течение данного отрезка времени отмечены две точки контакта или более, что может иметь место в том случае, когда с различными точками сенсорной поверхности одновременно контактирует один объект или же сразу несколько объектов, то посредством применения детекторной матрицы может быть установлено пропорциональное количество координат, представляющих прикосновения. Однако могут возникнуть затруднения при определении того, какие именно комбинации установленных координат представляют реальные точки контакта. Кроме того, две точки контакта или большее количество данных точек может относиться, по меньшей мере, к одной и той же координате. Таким образом, количество выявленных координат, представляющих прикосновение, может оказаться не пропорциональным количеству различных точек контакта, имеющих место на протяжении данного отрезка времени.

Предпочтительно, устройство с соответствии с данным изобретением, выполнено так, что пользователь данного устройства может вызвать подачу входного сигнала посредством создания в течение данного отрезка времени двух точек контакта или большего их количества. Возникновение указанных точек может быть обусловлено, например, одновременным прикосновением к устройству пальцев пользователя.

На Фиг.36-38 представлены сигналы, полученные во время направления измерений, которые могут быть использованы в целях пояснения способов установления взаимосвязи между выявленными координатами. Таким образом, указанные сигналы могут быть использованы при определении положений точек контакта. Сигналы, представленные на Фиг.36-38, служат для демонстрации того, каким образом может быть установлена взаимосвязь между двумя наборами координат, появление которых обусловлено, например, прикосновением двух пальцев к сенсорной поверхности устройства. Однако, как уже указывалось выше, способ может быть применен и в том случае, если на протяжении данного отрезка времени имеет место большее количество соприкосновений.

На Фиг.36 схематически представлен пример сигнала, измеренного на детекторной матрице, который является функцией координаты на этой матрице. Как уже говорилось выше, детекторная матрица может быть двухмерной. Однако интерес может представлять только одномерная детекторная матрица, что связано с тем, что как координата х, так и координата у, относящиеся к соприкосновению, могут быть выведены посредством использования детекторной матрицы с одномерным разрешением. Как уже говорилось выше со ссылкой на Фиг.26, в некоторых вариантах выполнения устройства другой размер двухмерной детекторной матрицы может быть применен для предоставления информации, относящейся к координате. Однако такой вариант применения детекторной матрицы не рассматривается со ссылкой на Фиг.36-38.

На Фиг.36 проиллюстрировано выявление следующих четырех координат: x₁, х₂, y₁ и y₂. Можно видеть, что профили сигналов, относящихся к координатам x₁ и y₁, подобны друг другу, и при этом профили сигналов, относящихся к координатам х₂ и y₂, также подобны друг другу. Таким образом, можно сделать заключение относительно того, что x₁ и y₁ - это координаты, соответствующие первому прикосновению, а х₂ и y₂ - это координаты, соответствующие второму прикосновению. Профили сигналов, относящиеся к данному отрезку времени, могут быть подвергнуты анализу посредством использования способов, хорошо известных в данной области техники. Например, сравнению могут быть подвергнуты ширина и/или глубина долин, служащих для представления координат контакта.

На Фиг.37 схематически представлен пример сигнала, измеренного на детекторной матрице, который является функцией координаты детекторной матрицы применительно к двум различным отрезкам времени. Пунктирная линия служит для обозначения сигнала, измеренного по прошествии небольшого промежутка времени после того момента, как с сенсорной поверхностью соприкоснулись два объекта. Сплошной линией обозначен сигнал, измеренный по прошествии небольшого промежутка времени после того, как имело место измерение сигнала, обозначенного пунктирной линией. Изменение формы сигнала может быть обусловлено, например, тем, что объекты слегка изменили площадь контакта в результате того, что они стали надавливать на сенсорную поверхность с большей силой (при таком условии площадь контакта может возрасти в том случае, если объектами являются пальцы). Из чертежа видно, что при установлении того, выработка каких координат обусловлена одним и тем же прикосновением, затруднения могут возникнуть при том условии, что используется только тот сигнал, что обозначен сплошной линией. Однако использование тех данных, которые представлены сигналом, обозначенным пунктирной линией, гарантирует получение более надежного результата.

Предпочтительно, для установления взаимосвязи между выявленными координатами используется целый набор данных, представляющих выполненные измерения. Для получения этих данных используются сигналы, подобные тем, что обозначены сплошной и пунктирной линиями, причем данные сигналы представляют измеренную интенсивность света как функцию координаты применительно к различным отрезкам времени.

На Фиг.38 схематически представлен пример сигнала, измеренного в четырех конкретных координатах (А, В, С и D) детекторной матрицы, причем этот сигнал представляет собой функцию времени. В целях более четкого представления полученного сигнала четыре кривые сдвинуты относительно оси, отображающей величину сигнала. Каждая из четырех координат соответствует координате контакта. Измеренный сигнал, представляющий собой функцию времени, используется для оценки взаимосвязи между выявленными координатами, т.е. для установления, например, того, каким конкретно координатам у соответствуют данные координаты х. Посредством выполнения любого из тех анализов, служащих для установления взаимосвязи между кривыми, которые известны в данной области техники, можно определить, появление каких координат обусловлено одним и тем же прикосновением. В представленном примере взаимосвязь существует между кривыми А и С и между кривыми В и D.

Очевидно, что изобретение не ограничивается вышерассмотренными вариантами выполнения устройства. Кроме того, можно сочетать друг с другом любые из вышеупомянутых признаков, присущих данным вариантам.

Объектом может быть стилус, палец или любой другой физический объект, который может быть использован для контакта с сенсорным устройством, соответствующим данному изобретению. Показатель преломления самого верхнего огрубевшего слоя кожи, расположенного на кончиках пальцев, имеет очень стабильную величину, составляющую приблизительно 1,47. Согласно данному изобретению, во время контакта с сенсорным устройством объект может перемещаться. Альтернативно или дополнительно объект можно удерживать в руке.

Объект может вносить нарушения в световое излучение, проходящее внутри сенсорного световода, различными способами. Например, объект может изменять направление прохождения светового излучения, что может быть достигнуто посредством выведения светового излучения из сенсорного световода, а также посредством поглощения или рассеяния светового излучения. Кроме того, может быть применено любое сочетание вышеуказанных способов изменения направления прохождения светового излучения. В качестве альтернативы или дополнения к вышеуказанным способам объект может вносить нарушения в световое излучение, проходящее внутри сенсорного световода, посредством изменения интенсивности или распределения интенсивности светового излучения, поступающего на детекторную матрицу. Это изменение достигается посредством выведения светового излучения из сенсорного световода, а также посредством поглощения или рассеяния светового излучения. Кроме того, может быть применено любое сочетание вышеуказанных способов изменения интенсивности или распределения интенсивности светового излучения.

Когда объект контактирует с сенсорной поверхностью, это означает, что объект воздействует на нераспространяющееся поле светового излучения, проводимого посредством сенсорного световода.

Кодирование положения точки контакта объекта с сенсорной поверхностью сенсорного устройства, соответствующего данному изобретению, может заключаться как в определении положения точки или участка контакта, так и в определении изменения положения точки или участка контакта объекта с сенсорной поверхностью. Кроме того, может быть применено комбинирование вышеуказанных способов.

Точка контакта объекта с сенсорным световодом может представлять собой некоторую часть участка контакта или же данная точка может быть установлена в пределах участка контакта, т.е. она может представлять собой, например, геометрический центр указанного участка. Например, объект может оставлять след в виде кольца. Однако, желательно, чтобы точка контакта была определена как геометрический центр указанного следа, имеющего форму кольца.

Объект может проходить в таком направлении относительно сенсорной поверхности, при котором имеет место пересечение с сенсорной поверхностью в мнимой точке контакта, отличающейся от действительной точки контакта. Установленная точка контакта может представлять собой мнимую точку контакта, выведенную из действительной точки контакта. Вообще, может иметь место такое взаимодействие объекта, сенсорной поверхности и пользователя, при котором может возникнуть потребность в определении мнимой точки контакта, отличающейся от действительной точки контакта.

В вариантах выполнения устройства, например, в варианте на Фиг.7, в котором в световой луч, излучаемый источником светового излучения и проходящий в направлении детекторной матрицы, нарушения могут быть внесены объектом только тогда, когда световое излучение проходит от второго элемента перенаправления светового излучения к первому элементу перенаправления светового излучения, или же только тогда, когда световое излучение проходит от четвертого элемента перенаправления светового излучения к третьему элементу перенаправления светового излучения, точка контакта объекта с сенсорным устройством может быть определена посредством простых геометрических вычислений. Это связано с тем, что точка падения на детекторную матрицу, задаваемая световым лучом, прошедшим от второго элемента перенаправления светового излучения к первому элементу перенаправления светового излучения, соответствует конкретной координате х, и при этом точка падения на детекторную матрицу, задаваемая световым лучом, прошедшим от четвертого элемента перенаправления светового излучения к третьему элементу перенаправления светового излучения, соответствует конкретной координате у, что было объяснено со ссылкой на Фиг.1.

Вообще, конкретная точка падения на детекторную матрицу полностью соответствует определенному пути прохождения светового луча, испускаемого источником светового излучения в направлении детекторной матрицы. Таким образом, уменьшение величины воспринятой интенсивности света в конкретной точке, расположенной на детекторной матрице, указывает на то, что объект внес нарушения в световое излучение в точке контакта, расположенной в пределах пути прохождения соответствующего светового луча. Затем точка контакта может быть определена как точка пересечения тех путей прохождения светового излучения, в пределах которых в световое излучение было внесено нарушение объектом.

Таким образом, точка контакта объекта с сенсорным устройством может быть определена посредством установления точки пересечения некоторого количества путей прохождения световых лучей, излучаемых источником светового излучения в направлении детекторной матрицы. При этом следует отметить, что учитывается соответствующее распределение интенсивности светового излучения, поступающего на детекторную матрицу, или же изменение распределения интенсивности светового излучения, поступающего на детекторную матрицу.

Сенсорное устройство, соответствующее данному изобретению, может быть выполнено так, что будет работать с одним объектом, имеющим специфические характеристики, или с большим количеством таких объектов. Показатель преломления соответствующей части указанного объекта или объектов превышает определенную величину, как то, например, величину показателя преломления воздуха, а также, преимущественно, превышает величину показателя преломления воды. Сенсорное устройство согласно данному изобретению может быть спроектировано для одного объекта так, что любой другой элемент или любая другая среда, вступающая в контакт с сенсорной поверхностью, не будет вносить нарушения в светопроводящие свойства световода при том условии, что показатель преломления другого элемента или другой среды не будет превышать показатель преломления объекта. Следует отметить, что величина показателя преломления элемента или среды может быть примерно на 2%, на 5%, на 7%, на 10%, на 15% или на 20% меньше величины показателя преломления объекта. Кроме того, такое сенсорное устройство для одного объекта или нескольких объектов согласно данному изобретению может быть спроектировано так, что показатель преломления соответствующей части объекта не превышает определенной величины. В результате этого объект, контактирующий с сенсорной поверхностью, не будет вносить нарушения в те световые лучи, углы падения которых на сенсорную поверхность имеют большие величины, но при этом данный объект будет вносить нарушения в те световые лучи, углы падения которых на сенсорную поверхность имеют меньшие величины. В данном случае показатель преломления соответствующей части объекта не должен выходить за установленные пределы.

Световое излучение представляет собой электромагнитное излучение, относящееся к такому диапазону длин волн, который включает в себя видимое излучение, ультрафиолетовое излучение и инфракрасное излучение.

Световод, выполненный согласно данному изобретению, представляет собой элемент, который способен удерживать и направлять проходящее внутри него световое излучение, т.е. может ограничивать ту область пространства, в пределах которой может проходить световое излучение.

Световод, выполненный согласно данному изобретению, может направлять к детекторной матрице световое излучение, поступающее от соответствующего источника, посредством частичного, преимущественного или исключительного применения полного внутреннего отражения. Альтернативой или дополнением к вышеприведенному утверждению служит тот факт, что световод может направлять световое излучение посредством создания отражений, например, от одной или нескольких металлических поверхностей.

Световод, выполненный согласно данному изобретению, включает в себя сердцевину, представляющую собой тот объем световода, внутри которого проходит световое излучение, поступающее от соответствующего источника.

В световоде, выполненном согласно данному изобретению, по меньшей мере, на часть сердцевины может быть нанесено покрытие или же данная часть может быть заключена внутри оболочки. Например, поверхность, расположенная напротив сенсорной поверхности сенсорного устройства, может быть заключена внутри оболочки, что обеспечивает предотвращение выведения светового излучения из сенсорного устройства у противоположной поверхности.

Следует отметить, что светопроводящие свойства световода определяются взаимодействием между сердцевиной световода и средой, окружающей сердцевину световода. В качестве примера можно привести взаимодействие между сердцевиной световода и произвольно выбранной оболочкой или покрытием, а также, возможно, между средой, окружающей сердцевину, и произвольно выбранной оболочкой или покрытием.

Световод, выполненный согласно данному изобретению, может включать в себя сердцевину, являющуюся, по существу, одномерной (линейной). При такой структуре световода имеет место ограничение прохождения направляемого светового излучения, что выражается в том, что прохождение светового излучения становится возможным, по существу, только в одном направлении, а именно в продольном направлении сердцевины световода.

Световод, выполненный согласно данному изобретению, может включать в себя сердцевину, являющуюся, по существу, двухмерной. Такой световод известен под названием планарного световода, что обусловлено тем, что в отношении такого световода применима геометрия плоскости. Планарный световод ограничивает прохождение направляемого светового излучения таким образом, которое представляется возможным, по существу, только в двухмерной плоскости.

В качестве альтернативы или дополнительно, световод согласно данному изобретению может включать в себя несколько сердцевин, являющихся, по существу, одномерными. Каждая из указанных одномерных сердцевин предназначена для обеспечения прохождения светового излучения в продольном направлении. Кроме того, в световоде, который выполнен согласно данному изобретению и в отношении которого применима геометрия плоскости, могут быть образованы канавки или каналы, которые служат для направления светового излучения. Предпочтительным вариантом выполнения световода согласно данному изобретению является такой вариант, в котором предусмотрено наличие пересекающихся канавок или каналов, служащих для направления светового излучения. Указанные канавки или каналы пересекаются друг с другом, по преимуществу, под прямым углом.

В качестве альтернативы или дополнительно световод согласно данному изобретению может включать в себя определенное количество сердцевин, являющихся, по существу, двухмерными.

Сердцевина световода согласно данному изобретению может быть изготовлена из такого материала, показатель преломления которого превышает по величине показатель преломления среды, окружающей световод. В качестве среды, предназначенной для окружения световода, могут быть использованы воздух, вода, любая иная газовая среда или любая иная жидкость, а также твердый материал, которым может являться металл. Кроме того, может быть применена комбинация из вышеупомянутых вариантов. В качестве альтернативы или дополнения можно привести тот факт, что в качестве среды, окружающей световод, может быть использован вакуум. Преимущественно, показатель преломления сердцевины является постоянным по величине. Среда, окружающая световод, может быть образована различными составляющими, величины показателей преломления которых отличаются друг от друга.

Такой световод, показатель преломления сердцевины которого превышает по величине показатель преломления окружающей среды, способен обеспечивать прохождение светового излучения посредством полного внутреннего отражения. Наличие полного внутреннего отражения находится в прямой зависимости как от величины угла падения на рассматриваемую поверхность, так и от взаимосвязи, существующей между показателем преломления сердцевины и средой, окружающей сердцевину. Для того чтобы обеспечить получение полного внутреннего отражения на границе раздела сердцевины и окружающей среды, необходимо, чтобы величина показателя преломления среды, окружающей сердцевину, не превышала величину показателя преломления сердцевины.

Сенсорный световод может быть применен и для выявления изменений величины показателя преломления той среды, которая окружает световод. В данном случае сенсорный световод применяется для измерения тех изменений, которые относятся к показателю преломления среды, окружающей световод, причем наличие данных изменений обусловлено изменениями величины критического угла на границе раздела сенсорной поверхности и вышеуказанной среды. На величину критического угла могут повлиять только те изменения, которые имеют место в среде, окружающей световод, то есть изменения, которые имеют место в пределах нераспространяющегося поля применительно к данному возможному полному внутреннему отражению. Нераспространяющееся поле ограничено глубиной проникновения от границы раздела, причем за теми пределами, что установлены глубиной проникновения, взаимодействие с полем уже не может быть обнаружено.

Устройство, выполненное согласно данному изобретению, может быть выполнено с возможностью выявления изменений, относящихся к свойствам светового излучения, поступающего на детекторную матрицу. Таким образом, могут быть проигнорированы статические покрытия, вне зависимости от того, были ли эти покрытия нанесены преднамеренно, например, во время изготовления устройства, или же эти покрытия оказались нанесенными случайно (к таким покрытиям относятся различные загрязнения).

Способ кодирования положения точки контакта, соответствующий данному изобретению, может быть скомбинирован со способом, включающим в себя запись соответствующего отрезка времени. В качестве альтернативы или дополнения может быть осуществлено определение величин таких дополнительных параметров, имеющих отношение к объекту, как скорость, ускорение, угол поворота и т.д.

Элемент перенаправления светового излучения может отклонять световой луч частично, преимущественно или исключительно посредством полного внутреннего отражения. В качестве альтернативы или дополнения отклонение светового луча элементом перенаправления светового излучения может быть осуществлено посредством отражений, с такой целью может быть применена одна граница раздела, образованная посредством использования металла, или несколько таких границ разделов. Кроме того, в качестве альтернативы или дополнения отклонение светового луча элементом перенаправления светового излучения может быть осуществлено посредством преломления, с такой целью может быть применена одна искривленная поверхность, обеспечивающая преломление, или несколько таких поверхностей. Преимущественно, отклонение светового луча элементом перенаправления светового излучения заключается в изменении направления прохождения в плоскости, расположенной параллельно сенсорному световоду (например, в плоскости, расположенной параллельно сенсорной поверхности).

Как показано на Фиг.5, 20, 23-25 и 34, тогда, когда световое излучение проходит в направлении от первого/третьего элемента перенаправления светового излучения к детекторной матрице, то световое излучение, преимущественно, сходится в направлении этой матрицы. Таким образом, размер детекторной матрицы может быть значительно меньше размера первого/третьего элемента перенаправления светового излучения, что означает, что размер детекторной матрицы может быть значительно меньше длины/ширины сенсорной поверхности.

Применительно к устройству, выполненному согласно данному изобретению, можно осуществлять изменение установок, то есть можно проводить калибровку. Цель проведения калибровки или изменения установок может заключаться в изменении чувствительности сенсорного световода к объектам, обладающим различными величинами диэлектрической проницаемости. В качестве альтернативы или дополнения можно привести такую калибровку или изменение установок, в результате выполнения которой показатель преломления устройства не должен восприниматься. Эта калибровка может быть осуществлена, например, посредством изменения получаемого в итоге угла падения или же того диапазона, в пределах которого находятся углы падения светового излучения, проходящего внутри сенсорного устройства относительно некоторой поверхности, которой может являться сенсорная поверхность.

Элемент перенаправления светового излучения может включать в себя поверхность, приспособленную для изменения угла прохождения отклоненного светового луча, в результате чего изменяется чувствительность отклоненного светового луча применительно к контактирующему объекту.

Световод согласно данному изобретению включает в себя, преимущественно, диэлектрический материал. Сердцевина указанного световода может включать в себя стекло, пластический материал, фотонный кристалл, полупроводник или любой другой материал, одна или несколько оптических характеристик которого подобны оптическим характеристикам вышеперечисленных материалов. Как альтернативный вариант, световод может включать в себя любую комбинацию указанных материалов. В качестве стекла может быть использован крон, относящийся, например, к типу ВК7. В качестве пластического материала может быть использовано акриловое стекло (полиметилметакрилат), полистирол, поликарбонат и т.д. Для изготовления оболочки или покрытия могут быть применены подобные материалы.

Достоинством устройства, выполненного согласно данному изобретению, является то, что это устройство может включать в себя световод, который может работать с объектом, имеющим специфические формы. К таким объектам относятся объекты, имеющие острое окончание, причем некоторые объекты могут вносить нарушения в световое излучение, проходящее внутри устройства, а другие объекты этого делать не могут.

Предпочтительно, световод имеет обычную форму. Однако световод может быть и искривленным. Одна поверхность световода или большее их количество являются, по существу, плоскими. Альтернативой или дополнением служит тот факт, что одна граница раздела световода или большее их количество являются, по существу, плоскими.

Световод согласно данному изобретению может включать в себя одно или несколько прозрачных стеклянных пластин.

Световод может иметь покрытие или оболочку, включающую в себя металл. Альтернативой или дополнением может служить тот факт, что световод может иметь покрытие или оболочку, включающую в себя диэлектрик с низким показателем преломления, как то, например, фтор-полимер Teflon®. Произвольно выбранное покрытие или оболочка может покрывать, по меньшей мере, часть световода или же, по существу, только главную часть световода. Преимущественно, величина показателя преломления произвольно выбранного покрытия или оболочки не превышает величину показателя преломления сердцевины рассматриваемого световода. Кроме того, указанное покрытие может функционировать как слой, служащий для отделения друг от друга двух световодов или большего их количества. Указанный слой может представлять собой такой слой, который не проводит световое излучение

Сенсорная поверхность сенсорного световода, выполненного согласно данному изобретению, может быть, по существу, плоской. Как альтернатива или дополнение, любая другая, поверхность любого световода, выполненного согласно данному изобретению, может быть, по существу, плоской. Как альтернатива или дополнение, поверхность световода, выполненного согласно данному изобретению, может быть искривленной или же может иметь искривленный(-ые) участок(-ки). Сенсорная поверхность может включать в себя определенное количество отдельных участков. На сенсорную поверхность или на участок(-ки) сенсорной поверхности может быть нанесено оптическое покрытие, являющееся, например, антиотражающим покрытием. Произвольно выбранное оптическое покрытие может быть предназначено для взаимного согласования показателя преломления объекта с показателем преломления сенсорного световода, то есть для подгонки объекта применительно к сердцевине световода или к нанесенному на световод покрытию.

Сенсорная поверхность может иметь, по существу, прямоугольную форму, форму в виде окружности или любую другую форму.

Толщина световода, которая может составлять от 0,01 мм до 10 мм, лежит в пределах от 0,2 мм до 1 мм. Длина световода, которая может составлять от 1 см до 200 см, лежит в пределах от 1 см до 50 см, или же в пределах от 2 см до 10 см. Ширина световода, которая может составлять от 1 см до 200 см, лежит в пределах от 1 см до 50 см, или же в пределах от 2 см до 10 см.

Элемент перенаправления светового излучения может включать в себя один сегмент или большее количество сегментов, служащих для отклонения, отражения, преломления, дифракции, фокусировки, расфокусировки, сведения в параллельный пучок, обеспечения расхождения или обеспечения схождения. Кроме того, элемент перенаправления светового излучения может включать в себя любую комбинацию вышеуказанных сегментов. Указанный сегмент может включать в себя один элемент или большее количество следующих элементов: оптические решетки, зеркала, линзы, призмы и дифракционные элементы. Кроме того, сегмент может включать в себя любую комбинацию перечисленных элементов. Со всех или с некоторых из этих элементов может быть снята фаска, а также все или некоторые элементы могут быть огранены, могут являться выпуклыми, вогнутыми и т.д. Элемент перенаправления светового излучения может включать в себя материалы, обладающие различными показателями преломления.

Элемент перенаправления светового излучения или поверхность этого элемента может включать в себя один сегмент или большее количество таких сегментов, поперечный разрез каждого из которых, по существу, образует часть параболы, проектируемой на плоскость световода или на иную плоскость. Точка фокусировки каждого из сегментов, относящихся к одному и тому же элементу перенаправления светового излучения и образующих часть параболы, может находиться, по существу, в месте расположения источника светового излучения или детекторной матрицы. Кроме того, вышеуказанная точка фокусировки может находиться, по существу, в месте проекции источника светового излучения или детекторной матрицы на плоскость световода или на иную плоскость, или же данная точка фокусировки может находиться как в месте проекции источника светового излучения, так и в месте проекции детекторной матрицы на указанные плоскости. Таким образом, форма элемента перенаправления светового излучения или поверхности этого элемента может быть подобна, по меньшей мере, части поперечного сечения поверхности линзы Френеля, как то той части поперечного сечения, которая проходит вдоль радиуса круговой линзы Френеля.

Элемент перенаправления светового излучения может включать в себя одномерный параболический отражатель, то есть указанный элемент может включать в себя трехмерную структуру, параболическая кривизна которого является одномерной.

По меньшей мере, на часть элемента перенаправления светового излучения может быть нанесено покрытие. Произвольно выбранное покрытие может включать в себя металл. По меньшей мере, одна часть указанного элемента может быть покрыта металлом.

Источник светового излучения может включать в себя, по меньшей мере, один светоизлучающий диод, лазер, лазерный диод или лазер поверхностного излучения с вертикальным резонатором. Кроме того, источник светового излучения может включать в себя любую комбинацию указанных элементов. Вдобавок, данный источник может включать в себя, по меньшей мере, одно устройство, установленное на его поверхности. Источник светового излучения может представлять собой одиночный источник или же набор источников. Указанный источник можно рассматривать как точечный источник, что связано с тем, что в таком источнике световое излучение может проходить через точечную диафрагму, другое отверстие малого размера или линзу. Кроме того, для обеспечения прохождения светового излучения может быть использована любая комбинация перечисленных элементов. Во время использования рассматриваемого источника световое излучение может поступать от него непрерывно. Предпочтительно, источник испускает импульсы светового излучения.

Световое излучение, поступающее от источника светового излучения, может быть запущено или введено в световод только при том условии, что угол поступления излучения в световод четко определен. Данное условие должно соблюдаться и в том случае, если величины углов поступления излучения в световод лежат в пределах установленного диапазона. Для введения светового излучения в световод используется оптическая система, которая может быть включена в сенсорное устройство, выполненное согласно данному изобретению. Для ввода светового излучения в световод может быть использована торцевая грань, причем величины углов поступления светового излучения лежат в пределах определенного диапазона или же излучение поступает под несколькими углами. Световое излучение может быть выведено из световода посредством использования торцевой грани. Световое излучение, поступающее от источника светового излучения, может быть введено в световод таким образом, что оно будет проходить, по существу, параллельно сенсорной поверхности.

Световое излучение, поступающее от источника светового излучения, может быть введено в световод посредством использования устройства, включающего в себя оптическое волокно. Таким образом, источник светового излучения может отстоять на некотором расстоянии от той области, где происходит введение светового излучения внутрь световода.

Источник светового излучения может быть установлен непосредственно перед световодом или же указанный источник может представлять собой составную часть световода. При испускании светового излучения используемым для данной цели источником то световое излучение, что проходит внутри другого световода, может быть введено в сенсорный световод, преимущественно, посредством использования элемента перенаправления светового излучения. Вдобавок, световое излучение может быть введено в один торец сенсорного световода из его другого торца. В световод может быть введено такое световое излучение, которое имеет различные углы прохождения относительно сенсорной поверхности. Кроме того, в световод может быть введено такое световое излучение, углы прохождения которого относительно сенсорной поверхности могут меняться в пределах одного или нескольких диапазонов величин. Для введения светового излучения в световод может быть применено несколько источников.

Детекторная матрица может включать в себя, по меньшей мере, один фотодетектор, датчик изображения, датчик, включающий в себя полупроводник, изготовленный посредством использования окиси металла, полупроводниковый детектор, датчик активных элементов изображения, прибор с зарядовой связью или прибор, в котором имеет место инжекция зарядов. Кроме того, детекторная матрица может включать в себя любую комбинацию вышеперечисленных детекторов и датчиков. Детекторная матрица может быть, по меньшей мере, одномерной, а может быть, например, и двухмерной. Перед детекторной матрицей может быть установлена линза, отверстие малого размера, элемент формирования изображения или какой-либо иной подобный элемент.

Как показано на Фиг.1, 3-7, 12, 17, 20, 21, 23-25, 30, 32 и 34, размер детекторной матрицы, предпочтительно, значительно меньше размера сенсорной поверхности. Кроме того, важным достоинством данного изобретения является то, что для кодирования положения одного места контакта или нескольких мест соприкосновений, обусловленных наличием одного или нескольких объектов, осуществивших соприкосновение, может потребоваться только одна детекторная матрица.

Детекторная матрица может быть установлена непосредственно перед торцом световода или же она может представлять собой составную часть световода. Световое излучение, подаваемое от источника светового излучения, может поступать на детекторную матрицу посредством использования другого световода, преимущественно, посредством использования элемента перенаправления светового излучения. Кроме того, световое излучение может поступать на детекторную матрицу с другого торца сенсорного световода. На детекторную матрицу может поступать такое световое излучение, которое имеет различные углы прохождения относительно сенсорной поверхности. Кроме того, на эту матрицу может поступать такое световое излучение, углы прохождения которого относительно сенсорной поверхности могут меняться в пределах одного или нескольких диапазонов величин. Детекторная матрица может воспринимать поступающее излучение независимо от его угла падения. Альтернативно, матрица может воспринимать только световое излучение, величины углов поступления которого находятся в переделах одного или нескольких диапазонов.

В предпочтительном варианте выполнения устройства полное внутреннее отражение используется в целях обеспечения прохождения светового излучения внутри световода. Если, по меньшей мере, часть сенсорной поверхности объект, контактирует с объектом, то объект может нарушить отражение в точке контакта. Внесение нарушений может быть обусловлено тем, что величина показателя преломления объекта достаточно высока для того, чтобы вывести световое излучение из световода в точке контакта. Внесение нарушений может быть обусловлено тем, что объект поглощает световое излучение в пределах нераспространяющегося поля, расположенного у точки контакта. Кроме того, внесение нарушений может быть обусловлено тем, что объект рассеивает световое излучение в пределах нераспространяющегося поля, расположенного у точки контакта. Кроме того, внесение нарушений может быть обусловлено наличием сразу нескольких из вышеуказанных факторов. Внесение нарушений может иметь результатом уменьшение интенсивности светового излучения, отраженного от точки контакта. Данное уменьшение интенсивности может быть выявлено в той точке, расположенной на поверхности детекторной матрицы, которая соответствует тому пути прохождения светового излучения, который пересекает точку контакта. В предпочтительном варианте выполнения устройства данную точку контакта пересекают, по меньшей мере, два пути прохождения светового излучения, в результате чего уменьшение интенсивности выявляется, по меньшей мере, в двух точках детекторной матрицы.

В предпочтительном варианте выполнения изобретения световое излучение, поступающее от источника светового излучения, вводится в сенсорный световод таким образом, что, по меньшей мере, часть светового излучения образует такой угол с сенсорной поверхностью, при котором данная часть светового излучения становится невосприимчивой к объекту, контактирующему с поверхностью. Световое излучение, поступающее от источника светового излучения, которое вводится в сенсорный световод, поступает затем в неискаженном виде по сенсорному световоду в направлении второго элемента перенаправления светового излучения. Второй элемент перенаправления светового излучения отклоняет часть светового излучения посредством использования сенсорного световода в направлении первого элемента перенаправления светового излучения.

Кроме того, второй элемент перенаправления светового излучения может изменять величину того угла, который световой луч образует с сенсорной поверхностью в результате его отклонения вторым элементом перенаправления светового излучения в направлении первого элемента перенаправления светового излучения. Благодаря указанному изменению величины угла объект, которым может являться палец, может вносить нарушения, по меньшей мере, в часть светового излучения. Первый элемент перенаправления светового излучения отклоняет поступающее световое излучение, причем этот элемент может изменять величину того угла, который световой луч образует с сенсорной поверхностью, таким образом, что данная часть светового излучения становится невосприимчивой к объекту, объект, контактирующий с поверхностью. Преимущественно, внести нарушения в световое излучение, проводимое посредством сенсорного световода, не в состоянии вода, объект, контактирующий с сенсорной поверхностью.

Два или более световодов, используемых в устройстве, выполненном согласно данному изобретению, могут иметь, по существу, одну и ту же форму, или же каждый из этих световодов может включать в себя одну часть или несколько частей, имеющих, по существу, одну и ту же форму. Форма двух световодов или большего их количества может, по существу, представлять собой зеркальное изображение друг друга. Кроме того, каждый из вышеуказанных световодов, применяемых в устройстве, выполненном согласно данному изобретению, может включать в себя, по меньшей мере, одну часть, которая является зеркальным изображением соответствующей части другого световода. В качестве альтернативы или дополнения может быть приведен тот факт, что два световода или большее их количество, применяемое внутри устройства, выполненного согласно данному изобретению, могут быть неидентичными друг другу, то есть могут иметь различные формы.

Два или более световодов, применяемых в рассматриваемом устройстве, могут включать в себя, по меньшей мере, один материал, обладающий одними и теми же характеристиками. В качестве альтернативы или дополнения может быть приведен тот факт, что два световода или большее их количество, применяемое в устройстве, выполненном согласно данному изобретению, могут включать в себя различные материалы.

Два световода или более световодов могут быть соединены друг с другом различными способами таким образом, что эти световоды образуют отдельную пластину, включающую в себя более одной сердцевины, более одного канала или канавки. Кроме того, может быть использована любая комбинация этих элементов. Два световода или большее их количество могут представлять собой единое целое.

Для осуществления заранее установленного действия, соответствующего сигналу, поступающему с детекторной матрицы, сенсорное устройство, выполненное согласно данному изобретению, может включать в себя управляющее устройство. Данное дополнительное устанавливаемое по выбору управляющее устройство может обладать возможностью переключения из первого состояния во второе состояние.

Согласно данному изобретению, в качестве устройства обработки сигналов может быть применен микропроцессор, устройство обработки цифровых сигналов, центральное обрабатывающее устройство или любое другое устройство, которое может быть применено для кодирования положения точки контакта объекта с сенсорной поверхностью устройства, выполненного согласно данному изобретению. Устройство обработки сигналов может быть приспособлено для проведения вычислений в реальном времени.

Сенсорное устройство, выполненное согласно данному изобретению, может включать в себя одну микроструктуру или большее их количество в целях воспроизведения информации, предназначенной для пользователя. Эта микроструктура или несколько микроструктур могут воспроизводить информацию, предназначенную для пользователя, посредством отклонения направляемого на нее/на них светового излучения. Данная микроструктура или несколько микроструктур могут включать в себя любое количество или любое сочетание дифракционных элементов или голографических элементов. Одна микроструктура или несколько микроструктур могут быть объединены в единое целое, могут быть скомбинированы или взаимно соединены со световодом, как то, например, посредством расположения световода на их поверхности. Микроструктура может быть освещена световым излучением, испускаемым источником светового излучения. В качестве альтернативы или дополнения служит тот факт, что микроструктура может быть освещена другим источником светового излучения или другими источниками светового излучения. Один источник светового излучения или большее их количество могут освещать несколько микроструктур.

Микроструктура может обеспечить визуализацию кнопки или подобного элемента в целях обеспечения мнимого взаимодействия с мнимой кнопкой, что имеет место при соприкосновении объекта с сенсорной поверхностью.

Любой световод может быть соединен с любым другим световодом или с любыми другими световодами, причем соединение может быть осуществлено, например, посредством объединения в единое целое, посредством комбинирования, уложения в штабель или взаимного соединения. Кроме того, может быть применена любая комбинация указанных методов.

Любой элемент перенаправления светового излучения может быть соединен с любым другим элементом перенаправления светового излучения или с любыми другими элементами перенаправления светового излучения, причем соединение может быть осуществлено, например, посредством объединения в единое целое, посредством комбинирования или взаимного соединения. Кроме того, может быть применена любая комбинация указанных методов.

Любой элемент перенаправления светового излучения может быть соединен с любым световодом или с любыми световодами, причем соединение может быть осуществлено, например, посредством объединения в единое целое, посредством комбинирования или взаимного соединения. Кроме того, может быть применена любая комбинация указанных методов.

Источник светового излучения может быть соединен с любым световодом или с любыми световодами, причем соединение может быть осуществлено, например, посредством объединения в единое целое, комбинирования, уложения в штабель или взаимного соединения. Кроме того, может быть применена любая комбинация указанных методов.

Источник светового излучения может быть соединен с любым элементом перенаправления светового излучения или с любыми элементами перенаправления светового излучения, причем соединение может быть осуществлено, например, посредством объединения в единое целое, посредством комбинирования или взаимного соединения. Кроме того, может быть применена любая комбинация указанных методов.

Детекторная матрица может быть соединена с любым световодом или с любыми световодами, причем соединение может быть осуществлено, например, посредством объединения в единое целое, посредством комбинирования, уложения в штабель или взаимного соединения, или любой комбинации указанных методов.

Детекторная матрица может быть соединена с любым элементом перенаправления светового излучения или с любыми элементами перенаправления светового излучения, причем соединение может быть осуществлено, например, посредством объединения в единое целое, посредством комбинирования или взаимного соединения, или любой комбинации указанных методов.

Сенсорное устройство, выполненное согласно данному изобретению, может найти широкое применение. Устройство может быть применено в следующих изделиях: в сенсорной панели; в сенсорном экране; в компьютере, в мобильном телефоне, в портативном музыкальном плеере, в пульте дистанционного управления и в клавиатуре, в комбинации любых вышеуказанных изделий, а также в любом другом портативном устройстве, или в любом другом непортативном устройстве. Сенсорное устройство, выполненное согласно данному изобретению, может быть установлено перед дисплеем. Альтернативно или дополнительно сенсорное устройство может являться составной частью дисплея. Альтернативно или дополнительно сенсорное устройство, выполненное согласно данному изобретению, может образовывать дисплей.

Сенсорное устройство согласно данному изобретению может быть использовано совместно с одной или более механических кнопок, причем часть, по меньшей мере, одной кнопки выполнена с возможностью нажима на сенсорную поверхность согласно данному изобретению. Данное взаимодействие может быть применено, например, в компьютере, в мобильном телефоне, в портативном музыкальном плеере, в пульте дистанционного управления или в клавиатуре, и в любом другом устройстве, включающем в себя, по меньшей мере, одну такую кнопку или в любой комбинации вышеперечисленных устройств.

В предпочтительном варианте выполнения изобретения в основе процесса кодирования положения точки контакта объекта с сенсорной поверхностью лежит отсутствие или ослабление светового излучения, отражаемого от точки контакта.

В одном варианте выполнения сенсорное устройство согласно изобретению предназначено для объекта, величина показателя преломления которого не превышает величину показателя преломления окружающей среды. В другом варианте выполнения сенсорное устройство согласно изобретению предназначено для работы с объектом, характеристики которого подобны характеристикам зеркала.

Световое излучение, которое является сходящимся при поступлении от первого элемента перенаправления светового излучения, может начать расходиться до того, как оно поступит на детекторную матрицу, что обусловлено, например, установкой детекторной матрицы позади точки фокусировки светового излучения, поступающего от первого элемента перенаправления светового излучения.

Предметы изобретения

1. Сенсорное устройство (2), содержащее:

источник (4) светового излучения для испускания светового излучения (6);

сенсорный световод (8), выполненный с возможностью направления светового излучения (6) от источника (4) светового излучения в направлении сенсорной поверхности (30) сенсорного световода (8) таким образом, что объект вносит нарушения, по меньшей мере, в часть направляемого светового излучения (6) в точке (32) контакта объекта с сенсорной поверхностью (30);

детекторную матрицу (20), выполненную с возможностью обнаружения распределения интенсивности светового излучения (6), прошедшего от источника (4) светового излучения через сенсорный световод (8), для кодирования положения точки (32) контакта объекта с сенсорной поверхностью (30);

первый элемент (14) перенаправления светового излучения, выполненный с возможностью отклонения светового излучения (6), прошедшее от источника (4) светового излучения через сенсорный световод (8) и поступившее на первый элемент (14) перенаправления светового излучения, в направлении детекторной матрицы (20); при этом

предотвращено поступление на определенную точку, расположенную на детекторной матрице (20), по меньшей мере, части светового излучения (6), проходящего в направлении определенной точки, расположенной на детекторной матрице (20), когда объект контактирует с сенсорной поверхностью (30) в соответствующей определенной точке (32) контакта.

2. Сенсорное устройство (2) согласно п.1, в котором сенсорный световод (8) представляет собой планарный световод.

3. Сенсорное устройство (2) согласно п.1 или п.2, в котором сенсорный световод (8) дополнительно выполнен с возможностью направления светового излучения (6), которое было перенаправлено и сведено в направлении детекторной матрицы (20) первым элементом (14) перенаправления светового излучения.

4. Сенсорное устройство (202) согласно п.1 или п.2, содержащее первый передающий световод (236), выполненный с возможностью направления светового излучения (206), которое было перенаправлено и сведено в направлении детекторной матрицы (220) первым элементом (214) перенаправления светового излучения.

5. Сенсорное устройство (202) согласно п.4, в котором первый передающий световод (236) представляет собой планарный световод.

6. Сенсорное устройство согласно п.4 или п.5, в котором сенсорный световод (208) и первый передающий световод (236) уложены в штабель.

7. Сенсорное устройство (102) согласно любому из предыдущих пунктов, содержащее второй элемент (112) перенаправления светового излучения, выполненный с возможностью перенаправления светового излучения (106а), прошедшего от источника (104) светового излучения через сенсорный световод (108), который выполнен с возможностью направления, по меньшей мере, части перенаправленного светового излучения (106b) в направлении первого элемента (114) перенаправления светового излучения, который выполнен с возможностью перенаправления и сведения, по меньшей мере, части поступающего светового излучения (106b) в направлении детекторной матрицы (120).

8. Сенсорное устройство (102) согласно п.7, в котором сенсорный световод (108) дополнительно выполнен с возможностью направления светового излучения (106а), поступающего от источника (104) светового излучения в направлении второго элемента (112) перенаправления светового излучения, который выполнен с возможностью перенаправления, по меньшей мере, части поступающего светового излучения (106а) обратно через сенсорный световод (108), который выполнен с возможностью направления, по меньшей мере, части отклоненного светового излучения (106b) в направлении первого элемента (114) перенаправления светового излучения, выполненного с возможностью перенаправления и сведения, по меньшей мере, части поступающего светового излучения (106b) в направлении детекторной матрицы (120).

9. Сенсорное устройство (202) согласно п.7, который зависит от любого из пунктов 4-6, в котором первый передающий световод (236) дополнительно выполнен с возможностью направления светового излучения (206а) от источника (204) светового излучения в направлении второго элемента (212) перенаправления светового излучения, который выполнен с возможностью перенаправления, по меньшей мере, части поступающего светового излучения (206а) через сенсорный световод (208), который выполнен с возможностью направления, по меньшей мере, части перенаправленного светового излучения (206b) в направлении первого элемента (214) перенаправления светового излучения, который выполнен с возможностью перенаправления и сведения, по меньшей мере, части поступающего светового излучения (206b) в направлении детекторной матрицы (220).

10. Сенсорное устройство (302) согласно п.7, содержащее второй передающий световод (338), выполненный с возможностью направления светового излучения (306) от источника (304) светового излучения в направлении второго элемента (312) перенаправления светового излучения, который выполнен с возможностью перенаправления, по меньшей мере, части поступающего светового излучения (306) через сенсорный световод (308), который выполнен с возможностью направления, по меньшей мере, части перенаправленного светового излучения (306) в направлении первого элемента (314) перенаправления светового излучения, выполненного с возможностью перенаправления и сведения, по меньшей мере, части поступающего светового излучения (306) в направлении детекторной матрицы (320).

11. Сенсорное устройство (302) согласно п.10, в котором второй передающий световод (338) представляет собой планарный световод.

12. Сенсорное устройство (302) согласно п.10 или п.11, в котором сенсорный световод (308) и второй передающий световод (338) уложены в штабель.

13. Сенсорное устройство (2) согласно любому из предыдущих пунктов, в котором световое излучение (6), испускаемое источником (4) светового излучения, подвергается модуляции.

14. Сенсорное устройство (2, 1502) согласно любому из предыдущих пунктов, содержащее устройство (1574) обработки сигналов, выполненное с возможностью кодирования положения точки (32) контакта объекта с сенсорным световодом (8).

15. Сенсорное устройство (2, 1502) согласно п.14, в котором устройство (1574) обработки сигналов дополнительно выполнено с возможностью вычисления площади контакта объекта с сенсорным световодом (8).

16. Сенсорное устройство (2, 1502) согласно п.14 или п.15, в котором устройство (1574) обработки сигналов дополнительно выполнено с возможностью вычисления скорости, с которой объект перемещается относительно сенсорного световода (8).

17. Сенсорное устройство (2, 1502) согласно любому из пунктов 14-16, в котором устройство (1574) обработки сигналов дополнительно выполнено с возможностью вычисления величины ускорения, имеющего место между объектом и сенсорным световодом (8).

18. Сенсорное устройство (102) согласно любому из предыдущих пунктов, в котором, по меньшей мере, часть сенсорной поверхности (130) содержит оптическое покрытие (131).

19. Сенсорное устройство (102) согласно п.18, в котором оптическое покрытие (131) представляет собой антиотражающее покрытие.

20. Сенсорное устройство (2) согласно любому из предыдущих пунктов, в котором световое излучение (6), поступающее от источника (4) светового излучения и направляемое сенсорным световодом (8), имеет такой угол падения относительно сенсорной поверхности (30), при котором в световое излучение (6) не вносятся нарушения водой, контактирующей с сенсорной поверхностью (30).

21. Сенсорное устройство (2) согласно любому из предыдущих пунктов, в котором световое излучение (6), поступающее от источника (4) светового излучения и направляемое сенсорным световодом (8), имеет такой угол падения относительно сенсорной поверхности (30), при котором в световое излучение (6) не вносятся нарушения материалом, контактирующим с сенсорной поверхностью (30), при этом материал имеет меньший показатель преломления, чем объект, например, приблизительно на 5 процентов меньше.

22. Сенсорное устройство (2) согласно любому из предыдущих пунктов, в котором первый элемент (14) перенаправления светового излучения содержит, по меньшей мере, одну отражающую часть (16).

23. Сенсорное устройство (2) согласно любому из предыдущих пунктов, в котором первый элемент (14) перенаправления светового излучения содержит, по меньшей мере, один элемент (14) с фаской.

24. Сенсорное устройство (2) согласно любому из предыдущих пунктов, в котором первый элемент (14) перенаправления светового излучения содержит, по меньшей мере, один вогнутый элемент (16).

25. Сенсорное устройство (102) согласно любому из предыдущих пунктов, в котором первый элемент (114) перенаправления светового излучения содержит, по меньшей мере, один скошенный элемент (116).

26. Сенсорное устройство (2) согласно любому из пп.23-25, в котором, по меньшей мере, один элемент является зеркалом.

27. Сенсорное устройство (2) согласно любому из предыдущих пунктов, в котором первый элемент (14) перенаправления светового излучения содержит, по меньшей мере, одну дифракционную решетку.

28. Сенсорное устройство (202) согласно любому из предыдущих пунктов, в котором световод (208) содержит слой (244), величина показателя преломления которого меньше соответствующей величины сердцевины световода (208).

29. Сенсорное устройство (202) согласно п.28, в котором слой (244) содержит фторполимер.

30. Сенсорное устройство (1302) согласно любому из предыдущих пунктов, содержащее, по меньшей мере, одну микроструктуру (1364), обеспечивающую перенаправление светового излучения через сенсорную поверхность (30) для предоставления информации пользователю (1370).

31. Сенсорное устройство (1302) согласно п.30, в котором, по меньшей мере, одна микроструктура (1364) встроена в световод (1366), который расположен позади сенсорного световода (8), в результате чего световое излучение, перенаправлеямое, по меньшей мере, одной микроструктурой, проходит через сенсорный световод и поступает через сенсорную поверхность для предоставления информации пользователю (1370).

32. Сенсорное устройство (102) согласно любому из предыдущих пунктов, в котором первый элемент (114) перенаправления светового излучения содержит отражающую поверхность (116), образующую с сенсорной поверхностью (130) угол, величина которого лежит в пределах 60-89° или в пределах 70-86°, или составляет приблизительно 81°.

33. Сенсорное устройство (1602) согласно любому из пунктов 4-32, в котором первый передающий световод содержит несколько, по существу, одномерных сердцевин (1676) для направления световое излучение в продольном направлении внутри каждой из сердцевины.

34. Сенсорное устройство (1702) согласно любому из предыдущих пунктов, в котором сенсорный световод имеет, по существу, плоскую геометрию со встроенными канавками или каналами (1778) для направления светового излучения.

35. Сенсорное устройство (1702) согласно предыдущему пункту, в котором, по меньшей мере, некоторые из встроенных каналов или канавок (1778) для направления светового излучения пересекаются друг с другом.

36. Сенсорное устройство (1702) согласно предыдущему пункту, в котором каналы или канавки (1778) для направления светового излучения пересекаются друг с другом, по существу, под прямым углом.

37. Способ кодирования положения объекта, контактирующего с сенсорной поверхностью (30), причем данный способ содержит следующие этапы:

испускание светового излучения (6) источниким (4) светового излучения;

направление светового излучения (6) от источника (4) светового излучения к сенсорной поверхности (30) сенсорного световода (8), с использованием сенсорного световода (8), таким образом, что объект вносит нарушения, по меньшей мере, в часть проводимого светового излучения (6) в точке (32) контакта объекта с сенсорной поверхностью (30);

обнаружение, посредством детекторной матрицы (20), распределения интенсивности светового излучения (6), прошедшего от источника (4) светового излучения через сенсорный световод (8), для кодирования положения точки (32) контакта объекта с сенсорной поверхностью (30);

перенаправление светового излучения (6), прошедшего от источника (4) светового излучения через сенсорный световод (8) на первый элемент (14) перенаправления светового излучения в направление детекторной матрицы (20), с использованием первого элемента (14) перенаправления светового излучения;

при этом предотвращается поступление на определенную точку, расположенную на детекторной матрице (20), по меньшей мере, части светового излучения (6), проходящего в направлении определенной точки, расположенной на детекторной матрице (20), когда объект контактирует с сенсорной поверхностью (30) в соответствующей определенной точке контакта (32).

Изобретение относится к оптическому сенсорному устройству и к способу определения как положения объекта, контактирующего с сенсорным устройством, так и изменения положения этого объекта. Техническим результатом является обеспечение улучшения эффективности кодирования положения объекта, контактирующего с сенсорной поверхностью, на основании изменения интенсивности светового излучения, отраженного от точки контакта. Сенсорное устройство включает в себя источник светового излучения, сенсорный световод, детекторную матрицу и первый элемент перенаправления светового излучения, при этом первый элемент перенаправления выполнен с возможностью изменения, по меньшей мере, части направляемого светового излучения между той, в которую внесены искажения, и той, в которой предотвращено внесение искажений, когда объект контактирует с сенсорной поверхностью в соответствующей определенной точке контакта, так что предотвращается поступление на определенную точку, расположенную на детекторной матрице, по меньшей мере, части светового излучения, проходящего в направлении определенной точки, расположенной на детекторной матрице. 2 н. и 35 з.п. ф-лы, 38 ил.

1. Сенсорное устройство, содержащее:
источник светового излучения для испускания светового излучения;
сенсорный световод, выполненный с возможностью направления светового излучения от источника светового излучения в направлении сенсорной поверхности сенсорного световода таким образом, что в, по меньшей мере, часть направляемого светового излучения могут быть внесены искажения объектом в точке контакта объекта с сенсорной поверхностью;
детекторную матрицу, выполненную с возможностью обнаружения распределения интенсивности светового излучения, прошедшего от источника светового излучения через сенсорный световод, для кодирования положения точки контакта объекта с сенсорной поверхностью;
первый элемент перенаправления светового излучения, выполненный с возможностью перенаправления светового излучения, прошедшего от источника светового излучения через сенсорный световод и поступившего на первый элемент перенаправления светового излучения, в направлении детекторной матрицы, причем перенаправление светового излучения обуславливает изменение направления прохождения в плоскости, параллельной сенсорной поверхности; при этом первый элемент перенаправления выполнен с возможностью изменения, по меньшей мере, части направляемого светового излучения между той, в которую внесены искажения, и той, в которой предотвращено внесение искажений, когда объект контактирует с сенсорной поверхностью в соответствующей определенной точке контакта, так что предотвращается поступление на определенную точку, расположенную на детекторной матрице, по меньшей мере, части светового излучения, проходящего в направлении определенной точки, расположенной на детекторной матрице.

2. Сенсорное устройство согласно п.1, в котором сенсорный световод представляет собой планарный световод.

3. Сенсорное устройство согласно п.1 или п.2, в котором сенсорный световод дополнительно выполнен с возможностью направления светового излучения, которое было перенаправлено и сведено в направлении детекторной матрицы первым элементом перенаправления светового излучения.

4. Сенсорное устройство согласно п.1 или п.2, содержащее первый передающий световод, выполненный с возможностью направления светового излучения, которое было перенаправлено и сведено в направлении детекторной матрицы первым элементом перенаправления светового излучения.

5. Сенсорное устройство согласно п.4, в котором первый передающий световод представляет собой планарный световод.

6. Сенсорное устройство согласно п.4 или п.5, в котором сенсорный световод и первый передающий световод уложены в штабель.

7. Сенсорное устройство согласно любому из предыдущих пунктов, содержащее второй элемент перенаправления светового излучения, выполненный с возможностью перенаправления светового излучения, прошедшего от источника светового излучения через сенсорный световод, который выполнен с возможностью направления, по меньшей мере, части перенаправленного светового излучения в направлении первого элемента перенаправления светового излучения, который выполнен с возможностью перенаправления и сведения, по меньшей мере, части поступающего светового излучения в направлении детекторной матрицы.

8. Сенсорное устройство согласно п.7, в котором сенсорный световод дополнительно выполнен с возможностью направления светового излучения, поступающего от источника светового излучения в направлении второго элемента перенаправления светового излучения, который выполнен с возможностью перенаправления, по меньшей мере, части поступающего светового излучения обратно через сенсорный световод, который выполнен с возможностью направления, по меньшей мере, части перенаправленного светового излучения в направлении первого элемента перенаправления светового излучения, выполненного с возможностью перенаправления и сведения, по меньшей мере, части поступающего светового излучения в направлении детекторной матрицы.

9. Сенсорное устройство согласно п.7, который зависит от любого из пп.4-6, в котором первый передающий световод дополнительно выполнен с возможностью направления светового излучения от источника светового излучения в направлении второго элемента перенаправления светового излучения, который выполнен с возможностью перенаправления, по меньшей мере, части поступающего светового излучения через сенсорный световод, который выполнен с возможностью направления, по меньшей мере, части перенаправленного светового излучения в направлении первого элемента перенаправления светового излучения, который выполнен с возможностью перенаправления и сведения, по меньшей мере, части поступающего светового излучения в направлении детекторной матрицы.

10. Сенсорное устройство согласно п.7, содержащее второй передающий световод, выполненный с возможностью направления светового излучения от источника светового излучения в направлении второго элемента перенаправления светового излучения, который выполнен с возможностью перенаправления, по меньшей мере, части поступающего светового излучения через сенсорный световод, который выполнен с возможностью направления, по меньшей мере, части перенаправленного светового излучения в направлении первого элемента перенаправления светового излучения, выполненного с возможностью перенаправления и сведения, по меньшей мере, части поступающего светового излучения в направлении детекторной матрицы.

11. Сенсорное устройство согласно п.10, в котором второй передающий световод представляет собой планарный световод.

12. Сенсорное устройство согласно п.10 или п.11, в котором сенсорный световод и второй передающий световод уложены в штабель.

13. Сенсорное устройство согласно любому из предыдущих пунктов, в котором световое излучение, испускаемое источником светового излучения, подвергается модуляции.

14. Сенсорное устройство согласно любому из предыдущих пунктов, содержащее устройство обработки сигналов, выполненное с возможностью кодирования положения точки контакта объекта с сенсорным световодом.

15. Сенсорное устройство согласно п.14, в котором устройство обработки сигналов дополнительно выполнено с возможностью вычисления площади контакта объекта с сенсорным световодом.

16. Сенсорное устройство согласно п.14 или п.15, в котором устройство обработки сигналов дополнительно выполнено с возможностью вычисления скорости, с которой объект перемещается относительно сенсорного световода.

17. Сенсорное устройство согласно любому из пп.14-16, в котором устройство обработки сигналов дополнительно выполнено с возможностью вычисления величины ускорения, имеющего место между объектом и сенсорным световодом.

18. Сенсорное устройство согласно любому из предыдущих пунктов, в котором, по меньшей мере, часть сенсорной поверхности содержит оптическое покрытие.

19. Сенсорное устройство согласно п.18, в котором оптическое покрытие представляет собой антиотражающее покрытие.

20. Сенсорное устройство согласно любому из предыдущих пунктов, в котором световое излучение, поступающее от источника светового излучения и направляемое сенсорным световодом, имеет такой угол падения относительно сенсорной поверхности, при котором в световое излучение не вносятся искажения водой, контактирующей с сенсорной поверхностью.

21. Сенсорное устройство согласно любому из предыдущих пунктов, в котором световое излучение, поступающее от источника светового излучения и направляемое сенсорным световодом, имеет такой угол падения относительно сенсорной поверхности, при котором в световое излучение не вносятся искажения материалом, контактирующим с сенсорной поверхностью, при этом материал имеет меньший показатель преломления, чем объект, например, приблизительно на 5 процентов меньше.

22. Сенсорное устройство согласно любому из предыдущих пунктов, в котором первый элемент перенаправления светового излучения содержит, по меньшей мере, одну отражающую часть.

23. Сенсорное устройство согласно любому из предыдущих пунктов, в котором первый элемент перенаправления светового излучения содержит, по меньшей мере, один элемент с фаской.

24. Сенсорное устройство согласно любому из предыдущих пунктов, в котором первый элемент перенаправления светового излучения содержит, по меньшей мере, один вогнутый элемент.

25. Сенсорное устройство согласно любому из предыдущих пунктов, в котором первый элемент перенаправления светового излучения содержит, по меньшей мере, один скошенный элемент.

26. Сенсорное устройство согласно любому из пп.23-25, в котором, по меньшей мере, один элемент является зеркалом.

27. Сенсорное устройство согласно любому из предыдущих пунктов, в котором первый элемент перенаправления светового излучения содержит, по меньшей мере, одну дифракционную решетку.

28. Сенсорное устройство согласно любому из предыдущих пунктов, в котором световод содержит слой, величина показателя преломления которого меньше соответствующей величины сердцевины световода.

29. Сенсорное устройство согласно п.28, в котором слой содержит фторполимер.

30. Сенсорное устройство согласно любому из предыдущих пунктов, содержащее, по меньшей мере, одну микроструктуру, обеспечивающую перенаправление светового излучения через сенсорную поверхность для предоставления информации пользователю.

31. Сенсорное устройство согласно п.30, в котором, по меньшей мере, одна микроструктура встроена в световод, который расположен позади сенсорного световода, в результате чего световое излучение, перенаправляемое, по меньшей мере, одной микроструктурой, проходит через сенсорный световод и поступает через сенсорную поверхность для предоставления информации пользователю.

32. Сенсорное устройство согласно любому из предыдущих пунктов, в котором первый элемент перенаправления светового излучения содержит отражающую поверхность, образующую с сенсорной поверхностью угол, величина которого лежит в пределах 60-89° или в пределах 70-86°, или составляет приблизительно 81°.

33. Сенсорное устройство согласно любому из пп.4-32, в котором первый передающий световод содержит несколько, по существу, одномерных сердцевин для направления светового излучения в продольном направлении внутри каждой из одномерных сердцевин.

34. Сенсорное устройство согласно любому из предыдущих пунктов, в котором сенсорный световод имеет, по существу, плоскую геометрию со встроенными канавками или каналами для направления светового излучения.

35. Сенсорное устройство согласно предыдущему пункту, в котором, по меньшей мере, некоторые из встроенных каналов или канавок для направления светового излучения пересекаются друг с другом.

36. Сенсорное устройство согласно предыдущему пункту, в котором каналы или канавки для направления светового излучения пересекаются друг с другом, по существу, под прямым углом.

37. Способ кодирования положения объекта, контактирующего с сенсорной поверхностью, причем данный способ содержит следующие этапы:
испускание светового излучения источником светового излучения;
направление светового излучения от источника светового излучения к сенсорной поверхности сенсорного световода, с использованием сенсорного световода, таким образом, что в, по меньшей мере, часть направляемого светового излучения могут быть внесены искажения объектом в точке контакта объекта с сенсорной поверхностью;
обнаружение, посредством детекторной матрицы, распределения интенсивности светового излучения, прошедшего от источника светового излучения через сенсорный световод, для кодирования положения точки контакта объекта с сенсорной поверхностью; и
перенаправление светового излучения, прошедшего от источника светового излучения через сенсорный световод и поступившего на первый элемент перенаправления светового излучения, в направлении детекторной матрицы с использованием первого элемента перенаправления светового излучения таким образом, что перенаправленное световое излучение изменяет направление прохождения в плоскости, параллельной сенсорной поверхности; при этом
предотвращается поступление на определенную точку, расположенную на детекторной матрице, по меньшей мере, части светового излучения, проходящего в направлении определенной точки, расположенной на детекторной матрице, когда объект контактирует с сенсорной поверхностью в соответствующей определенной точке контакта; и
при этом элемент перенаправления выполнен так, что, по меньшей мере, часть направляемого светового излучения после перенаправления элементом перенаправления изменяется между той, в которой предотвращено внесение искажений, и той, в которую внесены искажения объектом в точке контакта.