СИСТЕМЫ СЧИТЫВАНИЯ ПОЗИЦИИ ДЛЯ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ В СЕНСОРНЫХ ЭКРАНАХ И ПРИЗМАТИЧЕСКАЯ ПЛЕНКА, ИСПОЛЬЗУЕМАЯ В НИХ Российский патент 2016 года по МПК G06F3/42 G09G5/00 G02B5/124 

Перекрестная ссылка на родственные заявки

По настоящей заявке испрашивается приоритет по дате подачи предварительной заявки США № 61/285684, поданной 11 декабря 2009 г., и № 61/406644, поданной 26 октября 2010 г., обе из которых полностью включены в этот документ путем ссылки.

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение в целом относится к системе и способу обнаружения позиции объекта в пределах сенсорного экрана или системы считывания позиции и к светоотражающей или призматической пленке, используемой ими. Более конкретно, изобретение касается низкопрофильной системы обнаружения позиции для использования в сенсорных экранах или системах считывания позиции, в которой используется большой интервал между источником и детектором в плоскости экрана, и призматической пленки с ярким световозвращающим отражением при больших углах обзора и по широкому диапазону углов входа.

Уровень техники

Некоторые системы обнаружения позиции, относящиеся к сенсорным экранам, считывают прерывание излучения (например, света) вводимым непрозрачным объектом (например, пальцем, пером и т.д.). Такие системы обычно используют передатчики излучения, например светодиоды или ИК излучатели, которые, как правило, устанавливаются в противоположных углах на одной стороне сенсорного экрана. Каждый источник света ИК излучателя или LED передает веерообразную 90° картину света по всему полю сенсорного экрана, параллельно поверхности поля обзора.

По периметру активного поля сенсорного экрана, как раскрыто в патенте США № 4507557, может быть расположен световозвращающий листовой материал. Световозвращающий листовой материал обычно размещают для отражения света, принятого из источников света LED, обратно в направлении исходящего источника. Свет, падающий на переднюю поверхность листа, наталкивается на световозвращающие элементы и отражается обратно через переднюю поверхность в направлении номинально 180 градусов по отношению к направлению падения. В противоположных углах, идентичных тем, в которых установлены источники света LED, расположены цифровые камеры для обнаружения отраженного в обратном направлении света, который проходит по всему полю сенсорного экрана, и считывания существования любого прерывания в этом излучении непрозрачным объектом.

Одной проблемой, связанной с использованием определенных обычных световозвращающих листовых материалов для применения в сенсорных экранах и/или системах обнаружения позиции, является то, что через структуру может проникать грязь и/или влажность и неблагоприятно влиять на световозвращающую способность световозвращающего листового материала. Другой проблемой, связанной с обычным световозвращающим листовым материалом, используемым для применения в сенсорных экранах и/или системах обнаружения позиции, является трудность в получении однородного фона по всей представляющей интерес области (например, области обнаружения), с которым может контрастировать непрозрачный объект. Многие обычные конструкции световозвращающего листового материала обеспечивают неоднородный фон и имеют части, особенно в угловых участках или около них, в которых обнаруживаемый сигнал является очень малым. Это затрудняет обнаружение движения непрозрачного объекта в таких областях.

В процессе работы позиция вводимого объекта, как правило, определяется триангуляцией. Когда вводимый объект, например кончик пальца, прерывает картину лучей света, излучаемых из источников света LED или ИК излучателей, вдоль горизонтальной оси в картине отраженного в обратном направлении света, принимаемого двумя цифровыми камерами, создается отдельная тень. Каждая цифровая камера формирует сигнал, в котором отдельная тень регистрируется как падение интенсивности света вдоль точки горизонтальной оси поля обзора камеры. Цифровая схема управления принимает эти цифровые сигналы камеры и преобразует горизонтальную позицию тени в углы θ₁, θ₂, вершина которых образуется посредством цифровых камер. Поскольку цифровые камеры разнесены на известное расстояние D в противоположные концы на одной стороне сенсорного экрана, то координата y вводимого объекта может быть вычислена цифровой схемой управления с использованием формулы y=D/(l/tanθ₁+1/tanθ₂), а координата x может быть вычислена как x=y(l/tan θ₁).

Сущность изобретения

Не подразумевается, что варианты осуществления настоящего изобретения, описанные ниже, являются исчерпывающими или ограничивают изобретение точными видами, раскрытыми в нижеследующем подробном описании. Наоборот, варианты осуществления выбраны и описаны так, чтобы другие специалисты в данной области техники могли понять принципы и способы осуществления на практике настоящего изобретения.

Несмотря на то, что такие предшествующие конфигурации сенсорного экрана обычно соответствуют намеченным целям, заявитель заметил, что такие конфигурации сенсорного экрана надежно могут обнаруживать только одно касание за один раз. Двойное касание создаст два падения в сигнале каждой камеры, по одному для каждого объекта. Так как может быть не ясным то, какое падение в сигнале второй камеры соответствует данному падению в сигнале первой камеры, то получающиеся в результате данные сигнала могут быть неоднозначными, лишающими возможности определения с уверенностью местоположения координат двух вводимых объектов.

Первым аспектом изобретения является совместное размещение и источника и детектора в плоскости сенсорного экрана. Это обеспечивает возможность минимизации величины перпендикуляра камеры к плоскости экрана. Размещение источника вдоль горизонтальной оси камеры также максимизирует эффекты параллакса.

Второй аспект изобретения относится к системе обнаружения позиции, содержащей камеры, которая использует параллакс для однозначного определения позиции вводимого объекта. Для этого система обнаружения позиции содержит камеру, расположенную для приема электромагнитного излучения, пересекающего область обнаружения, которая формирует сигнал, представляющий изображение, два источника электромагнитного излучения, расположенных на расстоянии друг от друга, расположенные рядом с упомянутой камерой, для вывода электромагнитного излучения, которое перекрывает, по меньшей мере, часть области обнаружения, и призматическую пленку, расположенную вдоль внешней границы, по меньшей мере, части области обнаружения, которая отражает в обратном направлении упомянутое электромагнитное излучение из упомянутых двух источников в упомянутую камеру. В такой конфигурации камера формирует двойное изображение любого непрозрачного вводимого объекта в области обнаружения, которое в свою очередь обеспечивает возможность цифровому процессору выполнять основанное на параллаксе вычисление местоположения объекта в области обнаружения на основе угла и расстояния объекта от линзы камеры. Если две камеры установлены в противоположных углах на одной стороне сенсорного экрана и в комбинации с этими камерами используются два двойных источника излучения, то может быть выполнено однозначное определение местоположения двух одновременно вводимых объектов. В качестве альтернативы, если требуется только функциональная возможность с одним касанием, то необходима только одна камера в комбинации с двойным источником излучения.

Заявитель также наблюдал, что световозвращающие свойства призматических пленок известного уровня техники ограничивают точность основанного на параллаксе вычисления местоположения. Точность таких вычислений увеличивается с расстоянием разнесения между двумя источниками электромагнитного излучения. Однако призматические пленки известного уровня техники имеют ограниченный диапазон углов обзора для эффективного отражения в обратном направлении. Следовательно, чем дальше друг от друга расположены эти два источника, тем более тусклым или более темным становится одно или другое или оба из изображений при параллаксе и тем меньше становится отношение сигнал/шум.

Соответственно, третьим аспектом изобретения является обеспечение призматической пленки с ярким световозвращающим отражением по чрезвычайно широкому диапазону углов обзора вдоль горизонтальной оси пленки. Для этого призматическая пленка изобретения включает в себя множество трехгранных кубических уголковых световозвращающих элементов, ошибки e₁, e₂ и e₃ двугранных углов которых такие, что e₁≈e₂≠0 и e₃≈0. Предпочтительно, чтобы |e₁| и |e₂| находились приблизительно между 0,02° и 0,20°. Около половины множества трехгранных кубических уголковых световозвращающих элементов могут содержать ошибки e₁ и e₂ двугранных углов, находящиеся приблизительно между 0,02° и 0,20°, а оставшаяся половина множества трехгранных кубических уголковых световозвращающих элементов содержит ошибки e₁ и e₂ двугранных углов, находящиеся приблизительно между -0,02° и -0,20°. Кроме того, трехгранные кубические уголковые элементы могут быть скошены более параллельно ребру, приблизительно под углом, находящимся между 8° и 20°. Наконец, чтобы также улучшить световозвращающую способность по широкому диапазону угла входа, призматическая пленка может включать в себя металлизированный слой, расположенный, по меньшей мере, над частью световозвращающего подслоя.

Согласно еще одному аспекту настоящего изобретения описана призматическая пленка, которая включает в себя незакрепленную призматическую пленку, причем световозвращающий подслой включает в себя множество трехгранных кубических уголковых световозвращающих элементов, и причем картина отраженного в обратном направлении света имеет горизонтальное распространение, которое больше, чем вертикальное распространение при углах входа 0° и 60°. Кроме того, распространение в горизонтальном направлении в 1,5 раза больше, чем в вертикальном направлении.

Призматическая пленка в одном или нескольких вышеизложенных вариантах осуществления, в которой трехгранные кубические уголковые элементы скошены под углом, находящимся между -10° и -6°, и в еще одном варианте осуществления - под углом, находящимся между -15° и -6°.

В еще одном иллюстративном варианте осуществления настоящего изобретения призматическая пленка включает в себя незакрепленную призматическую пленку, имеющую световозвращающий подслой, включающий в себя множество трехгранных кубических уголковых световозвращающих элементов. Ошибки e₁, e₂ и e₃ двугранных углов кубических уголковых световозвращающих элементов являются такими, что e₁≈e₂≠0 и e₃≈0, причем множество трехгранных кубических уголковых элементов скошены под углом, находящимся между -10° и -6°.

Другие признаки и преимущества настоящего изобретения станут очевидными для специалистов в данной области техники из следующего подробного описания. Следует понимать, однако, что подробное описание различных вариантов осуществления и конкретных примеров, несмотря на то что в нем указываются предпочтительные и другие варианты осуществления настоящего изобретения, приводится только для иллюстрации. В рамках настоящего изобретения может быть выполнено множество изменений и модификаций, не выходя за пределы его существа, и изобретение включает в себя все такие модификации.

Краткое описание чертежей

Эти и другие цели и преимущества этого изобретения станут понятны в более полном объеме при обращении к следующему более подробному описанию в настоящее время предпочтительных иллюстративных вариантов осуществления изобретения вместе с прилагаемыми чертежами, из которых

Фиг.1 - схематическое отображение системы сенсорного экрана в соответствии с аспектами настоящего изобретения.

Фиг.2 - вид в разрезе системы сенсорного экрана по фиг.1 в соответствии с настоящим изобретением.

Фиг.3 и фиг.4 - виды в разрезе вариантов осуществления призматической пленки в соответствии с настоящим изобретением.

Фиг.3a - вид в разрезе одного варианта осуществления призматической пленки в соответствии с настоящим изобретением.

Фиг.5 - вид сверху призматической пленки с массивом световозвращающих элементов, выполненных в виде скошенных уголков куба, изображенных на фиг.3 и 4.

Фиг.6 - вид сверху иллюстративной световозвращающей структуры скошенного уголка куба в соответствии с аспектами настоящего изобретения.

Фиг.7 - вид сверху незакрепленной призматической пленки из световозвращающих элементов, выполненных в виде скошенных уголков куба, изображенных на фиг.6.

Фиг.8 - вид в разрезе фиг.5, сделанный вдоль линии 9-9.

На фиг.9 иллюстрируются ошибки e₁, e₂, e₃ двугранных углов, присутствующие на лицевых поверхностях уголков куба согласно изобретению.

Фиг.10A-10H - диаграммы пятна обычных уголков куба, скошенных более параллельно ребру под углом 0°, 16° и -8° для углов входа (beta) 0° и 60°.

Фиг.11A-11D - диаграммы пятна уголков куба согласно изобретению, скошенных более параллельно ребру под углом 0° и 16° для углов входа (beta) 0° и 60°.

Фиг.12A, фиг.12C, фиг.12E, фиг.13A, фиг.13C, фиг.13E - смоделированные картины возврата света, сформированные неаберрированными, обычными уголками куба, скошенными более параллельно ребру под углом 0° и 16°, для углов входа (beta) 0°, 60° и -8°.

Фиг.12B, фиг.12D, фиг.12F, фиг.13B, фиг.13D, 13F - смоделированные картины возврата света, сформированные уголками куба, аберрированными согласно примеру изобретения, скошенными более параллельно ребру под углом 0° и 16°, для углов входа (beta) 0°, 60° и -8°.

Фиг.14 - иллюстративный график сигнала камеры для разных размеров экрана, имеющих формат 16/9.

Подробное описание изобретения

Далее настоящее изобретение иллюстрируется более подробно посредством нижеследующего подробного описания, которое представляет в настоящее время лучший известный способ осуществления изобретения. Однако следует понимать, что это описание не должно использоваться для ограничения настоящего изобретения, а наоборот, оно обеспечивается для иллюстрации общих признаков изобретения.

Одним недостатком использования массивов призм с положительным скосом в сенсорном экране является явление "сверканий". При определенных углах входа свет из LED может входить в призматическую пленку, отражаться только от двух лицевых поверхностей уголка куба и возвращаться в кадровое окно камеры. Это создает острый "выброс" в сигнале камеры под этим конкретным углом.

Присутствие "выбросов" в сигнале камеры является неприемлемым. Поэтому для многих применений требуется выбрать скос, для которого сверкания имеют место только при углах входа, не видимых в геометрии сенсорного экрана. В типичных сенсорных экранах видимыми являются углы входа, изменяющиеся в пределах до приблизительно 60°. На нижеследующем графике изображено место сверканий для сенсорных экранов со световозвращающей полоской, перпендикулярной к плоскости экрана. Для скосов +7° и +15,5° можно отсчитать место сверкания: 45° и 30°, соответственно. Можно заметить, что сверкание не имеет места для представляющих интерес углов входа (0°-60°), если скос изменяется в пределах от приблизительно -19° до -0,5°. Аналогично, призмы со скосом = +15,5° дают сверкание при угле входа приблизительно 30°.

Если световозвращающая пленка немного наклонена и уже не является перпендикулярной плоскости сенсорного экрана, то место сверкания может несколько измениться. Для иллюстрации этого на нижеследующих диаграммах изображена световозвращающая эффективность трехгранных уголков куба с различными скосами как функция угла входа (β) и угла ориентации (ω_s). Белым цветом закрашены углы, при которых имеет место "сверкание". Черным цветом закрашены углы, которые встречаются в геометрии сенсорного экрана. Четыре черные линии соответствуют разным наклонам световозвращающей пленки (-30°, -10°, 10°, 30°). На диаграммах изображено то, что для устранения сверкания в случае наклонного световозвращающего отражателя требуется более узкий диапазон скосов. Например, для сенсорного экрана со световозвращающей пленкой, наклоненной под углом 10°, сверкание устраняется, если скос изменяется в пределах от приблизительно -15° до приблизительно 0°.

В патенте США 4588258 для Hoopman раскрыты световозвращающие изделия, обычно имеющие отрицательный скос, создающий большой угол наклона, когда используются наборы согласованных пар, причем оси куба кубов в каждой паре наклонены друг к другу.

Для целей этой заявки определенные термины используются в конкретном смысле, как определено в этом документе, а другие термины - в соответствии с принятой в промышленности практикой, например текущие определения ASTM.

Патентная заявка США, регистрационный номер 12/351913, озаглавленная "Retroreflector for use in touch screen applications and position sensing systems", поданная 12 января 2009 г. (права на которую принадлежат заявителю этой заявки), полностью включена в этот документ по ссылке, так как является необходимой для полного понимания настоящего изобретения.

Термин "куб" или "кубические уголковые элементы" (а также "кубические уголковые призмы", или "уголки куба", или "кубические уголковые световозвращающие элементы"), используемый в этом документе, включает в себя те элементы, которые состоят из трех взаимно пересекающихся лицевых поверхностей, двугранные углы которых обычно равны примерно 90 градусам, но не обязательно точно 90 градусам.

Термин "профиль куба", используемый в этом документе, означает двумерную геометрическую фигуру, определяемую проекцией периметра куба в направлении главного преломленного луча. Например, треугольный куб имеет профиль куба, который является треугольником.

Термин "ошибка двугранного угла", используемый в этом документе, относится к разности между фактическим двугранным углом и 90 градусами. Каждый кубический уголковый элемент имеет три ошибки e₁, e₂ и e₃ двугранных углов. Для скошенного уголка куба с профилем куба, который является равнобедренным треугольником, заявители принимают соглашение, согласно которому метка e₃ присваивается двугранному углу между двумя лицевыми поверхностями с одинаковым (но зеркально отраженным) профилем.

Термин "световозвращающий подслой", используемый в этом документе, означает толщину материала, содержащего массив или охватываемых или охватывающих кубических уголковых элементов, сформированных на второй его поверхности. Первая поверхность может быть плоской или может быть несколько неровной по структуре, обычно соответствующей массиву кубических уголковых элементов, на задней поверхности. Для охватываемых кубических уголковых элементов выражение "толщина подслоя" означает толщину материала, на котором держатся кубические уголковые элементы. Для охватывающих кубических уголковых элементов выражение "толщина световозвращающего подслоя" означает общую толщину материала, в котором охватывающие кубические уголковые элементы формируют полости.

Термин "ось куба", используемый в этом документе, означает центральную ось, которая является трисектором внутреннего пространства, определенного тремя пересекающимися лицевыми поверхностями кубического уголкового элемента. Термин "скошенный уголок куба", используемый в этом документе, означает уголок куба, ось которого не является нормалью к поверхности листа. Скос измеряется как угол между осью куба и нормалью к поверхности листа. Отметим, что, когда существует скос, вид сверху, нормальный к поверхности листа, иллюстрирует то, что не все углы лицевых поверхностей в вершине равны 120 градусам.

Термин "входной угол наклона", используемый в этом документе, означает угол между осью освещения и оптической осью (ось световозвращающего отражателя). Угол входа измеряется между падающим лучом и осью световозвращающего отражателя. Угол входа является мерой только величины, на которую падающий луч наклонен к оси световозвращающего отражателя, и не связан с нормалью.

Термин "скос, более параллельный лицевой поверхности" (или "скошенный в направлении, более параллельном лицевой поверхности", или "скошенный в более параллельном лицевой поверхности направлении") и "скос, более параллельный ребру", используемые в этом документе, относятся к расположению куба относительно главного преломленного луча. Когда углы между лицевыми поверхностями куба и главным преломленным лучом не все равны 35,26°, куб является "более параллельным лицевой поверхности" или "более параллельным ребру" в зависимости от того, является ли угол лицевой поверхности по отношению к главному преломленному лучу, который наиболее отличается от 35,26°, соответственно, большим или меньшим 35,26°. В случае листа или других световозвращающих отражателей, для которых главный преломленный луч является номинально перпендикулярным передней поверхности световозвращающего отражателя, тогда для кубов, более параллельных лицевой поверхности, выбранная лицевая поверхность куба также будет более параллельной передней поверхности отражателя, чем любая лицевая поверхность нескошенного куба.

Иллюстративная система 100 обнаружения позиции в соответствии с аспектами настоящего изобретения изображена на фиг.1. На фиг.1 изображен вид сверху дисплея 102 (например, дисплей компьютера, сенсорный дисплей и т.д.), область экрана или поле 104 обзора которого окружена приподнятой рамкой или границей 106. Несмотря на то что система 100 обнаружения позиции изображена в контексте дисплея компьютера, она может использоваться в любом типе оптической системы обнаружения позиции. Внутренняя поверхность границы 106, которая обычно по существу перпендикулярна полю 104 обзора экрана 102 дисплея, обеспечена призматической пленкой (также в этом описании называемой световозвращающей пленкой 108). Призматическая пленка 108, которая подробно обсуждается ниже, обеспечивает световозвращающую поверхность вокруг, по меньшей мере, части поля 104 обзора (также в этом описании называемого областью обнаружения). Соответственно, призматическая пленка 108 обеспечивает поверхность, которая отражает излучение из исходящего источника излучения назад в исходящий источник.

Состав призматической пленки 108 может быть наложен непосредственно на рамку 106 посредством использования адгезива или другого соединительного средства, или она может быть сначала изготовлена в виде клейкой ленты, которая впоследствии накладывается на внутреннюю поверхность границы 106. Требуется выравнивать призматическую пленку так, что плоскость максимального входного угла наклона, связанного с призматической пленкой, является по существу параллельной полю обзора, области обнаружения и/или дисплею для оптимизации возможного обнаружения объекта в представляющей интерес области. Как более полно обсуждается ниже, призматическая пленка 108 содержит световозвращающую пленку, имеющую множество уровней, причем один из этих уровней включает в себя множество трехгранных кубических уголковых световозвращающих элементов, которые отражают падающее излучение. В альтернативном варианте осуществления пленка может включать в себя только один уровень, который включает в себя множество трехгранных кубических уголковых световозвращающих элементов. Трехгранные уголки куба могут иметь отрицательный скос, изменяющийся в пределах между -10° и -6°.

Не подразумевается, что варианты осуществления настоящего изобретения, описанные ниже, являются исчерпывающими или ограничивают изобретение точными видами, раскрытыми в нижеследующем подробном описании. Наоборот, варианты осуществления выбраны и описаны так, чтобы другие специалисты в данной области техники могли понять принципы и способы осуществления на практике настоящего изобретения.

Система 100 обнаружения позиции, изображенная на фиг.1, также включает в себя два источника двойного излучения 110, 112, каждый из которых включает в себя два расположенных на расстоянии друг от друга точечных источника (или по существу точечные источники) 111a, 111b и 113a, 113b. Первый источник 110 двойного излучения может быть размещен в одном углу поля 104 обзора, а второй источник 112 может быть размещен в другом углу поля 104 обзора. В предпочтительном варианте осуществления первый источник и второй источник двойного излучения 110, 112 установлены вдоль одной стороны 114. Как изображено на фиг.1, сторона 114 может не быть обеспечена призматической пленкой 108, которая обеспечена на остальных трех сторонах дисплея 102. Специалисту в данной области техники будет очевидно, что точное местоположение двойных источников 110, 112 излучения может варьироваться в зависимости от множества обоснований проекта, включающих условия эксплуатации, применение и т.д. Аналогично, специалисту в данной области техники будет очевидно, что призматической пленкой 108 может быть окружен весь периметр поля обзора.

Источники двойного излучения 110, 112 вместе освещают все поле 104 обзора при излучении, которое распространяется в направлении, параллельном плоскости поля 104 обзора. Источники двойного излучения могут обеспечивать любой требуемый спектр электромагнитного излучения. Соответственно, источники излучения могут быть выбраны так, чтобы работать в любом требуемом диапазоне частот или при любой требуемой длине волны. Например, источники могут быть источником инфракрасного излучения, радиочастотного излучения, излучения видимого света, светоизлучающим диодом (LED), лазером, ИК излучателем и т.д. В предпочтительном варианте осуществления точечные источники 111a, 111b и 113a, 113b двойных источников 110, 112 излучения являются инфракрасными светоизлучающими диодами.

Призматическая пленка 108, обеспеченная вокруг периметра поля обзора, отражает инфракрасное излучение назад в соответствующие исходящие источники, как указано стрелками внутри поля обзора. Соответственно, например, двойные лучи инфракрасного излучения, исходящие из точечных источников 111a, 111b источника 110, распространяются в направлении стороны экрана дисплея и отражаются на 180° для возвращения в источник 110, как изображено на фиг.1. Электромагнитное излучение отражается назад в его источник призматической пленкой 108. Один или несколько слоев, которые лежат над трехгранными кубическими уголковыми световозвращающими элементами призматической пленки 108, выполнены с возможностью обеспечения сквозного пропускания большей части инфракрасного излучения (например, передача при двойном проходе от приблизительно 74% до приблизительно 100%) и по существу блокирования видимого света, который придает пленке черный вид. Эти аспекты изобретения также обсуждаются ниже.

Точечные источники 111a, 111b и 113a, 113b двойных источников 110, 112 излучения симметрично размещены вдоль горизонтальной оси H₁ с обеих сторон линз 115 и 116 соответственно (как изображено на фиг.2), по причинам, которые станут очевидными далее в этом описании. Ось H₁ является копланарной с продольной осью H₂ призматической пленки 108. Линзы 115 и 116 также размещены перед камерами 117, 118 соответственно. Линзы 115 и 116 фокусируют отраженное в обратном направлении излучение на устройство захвата изображений камер 117 и 118. Точечные источники 111a, 111b и 113a, 113b расположены на расстоянии x от линз 115, 116, как указано на фиг.2. В предпочтительном варианте осуществления расстояние x находится предпочтительно между приблизительно 1 миллиметром и 6 миллиметрами для сенсорных экранов, самая длинная сторона которых находится в диапазоне между приблизительно 17-30 дюймов (43-76 см) по причинам, подробно обсуждаемым далее в этом описании. Более предпочтительно, чтобы расстояние x находилось приблизительно между 2 миллиметрами и 4 миллиметрами для сенсорных экранов таких размеров. Камеры 117, 118 могут являться камерами с однострочной разверткой и/или камерами со строчно-кадровой разверткой. Устройство захвата изображений камер 117, 118 может включать в себя датчик устройства с зарядовой связью (CCD), который формируется массивом фоточувствительных элементов (например, пиксели). Камера с однострочной разверткой обычно получает изображение на одной строке пикселей. Камера со строчно-кадровой разверткой, наподобие обычной камеры, включает в себя датчик CCD (обычно прямоугольной формы) из пикселей, который формирует двумерные кадры, соответствующие длине и ширине полученного изображения. Отраженное излучение проходит через соответствующие линзы (например, линзу 115 или линзу 116, в зависимости от местоположения источника излучения) и формирует изображение объекта, обнаруженного датчиком CCD. Датчик CCD преобразует обнаруженное излучение на фотодиодной матрице в электрический сигнал и выводит измеренную величину. Одна единственная строка развертки камеры с однострочной разверткой обычно может рассматриваться как одномерное отображение яркости, связанной с каждой отдельной точкой наблюдаемой линии. Линейная развертка формирует строку с указанием на оси Y яркости каждой точки, задаваемой в уровнях серого цвета (например, от 0 до 255 уровней для 8-битового датчика CCD или от 0 до 1023 - для 10-битового датчика CCD). Выходные данные из камер 117, 118 могут быть обработаны блоком 119 управления. Блок 119 управления включает в себя цифровой процессор, который обрабатывает выходные сигналы, принятые из камер, в сигналы, указывающие позицию координат X и Y объекта 109, посредством алгоритма на основе параллакса. Специалисту в данной области техники будет очевидно, что развертка, взятая из камеры со строчно-кадровой разверткой, формирует двумерное отображение яркости, связанной с каждой точкой наблюдаемой области.

Работа системы 100 обнаружения позиции лучше всего понята со ссылкой на фиг.1 и 2, которые будут раскрыты сначала со ссылкой на двойной источник 110 излучения. Двойной источник 110 излучения испускает два луча инфракрасного излучения из пары своих точечных источников 111a, 111b. В поле 104 обзора существует призматическая пленка 108 вдоль трех сторон рамки 106, причем оба точечных источника 111a, 111b являются направленными. Два разных луча инфракрасного излучения, формируемые точечными источниками 111a, 111b, наталкиваются на объект 109, вводимый внутрь поля 104 обзора, под разными углами вследствие их смещения на расстояние 2x друг относительно друга и создают две тени объекта 109, расположенные с обеих сторон объекта 109. Два луча инфракрасного излучения, наталкивающиеся на призматическую пленку 108, отражаются назад в камеру 117 с однострочной разверткой. Инфракрасное излучение проходит через линзу 115 в камеру 117 с однострочной разверткой, которая в свою очередь фокусирует изображение на CCD камеры, которое включает в себя изображение вводимого объекта 109 и теней, расположенных по бокам от него.

Величина разнесения между объектом 109 и расположенными по бокам тенями вдоль горизонтальной оси H₁ является линейно пропорциональной расстоянию между объектом 109 и точечными источниками 111a, 111b света, причем она является наибольшей, когда объект 109 расположен ближе всего к точечным источникам 111a, 111b света, и наименьшей, когда объект 109 расположен дальше всего от них. Величина разнесения на некоторое расстояние расположенных по бокам теней также пропорциональна расстоянию 2x между точечными источниками 111a, 111b света. Расстояние между объектом 109 и передней стороной линзы 115 может быть точно вычислено, если расстояние 2x является известным, посредством алгоритма на основе параллакса исходя из величины наблюдаемого разнесения между объектом 109 и тенями, расположенными по бокам от него. Пропорциональная камера с однострочной разверткой формирует соответствующее однострочное изображение, соответствующее изображению вдоль продольной оси H₂ призматической пленки 108, содержащее оцифрованное значение яркости, которое зависит от разрешающей способности камеры с однострочной разверткой, для различных точек вдоль линии сканера. Для любой позиции в упомянутом однострочном изображении, которая не принимает излучение, формируется логическое значение 0. Например, если непрозрачный объект 109, например перо или человеческий палец, входит в поле обзора, то на линзу и соответствующую камеру с однострочной разверткой отбрасывается тень, что в результате приводит к очень маленькому электрическому заряду или его отсутствию, обнаруживаемому камерой с однострочной разверткой, для этого конкретного пикселя или области пикселей. В местах, где обнаружено излучение, это излучение разряжает соответствующий датчик CCD, связанный с камерой с однострочной разверткой, которая формирует существенно более высокое значение сигнала, зависящее от разрешающей способности камеры с однострочной разверткой. Комбинация изображения объекта 109 и теней, расположенных по бокам от него, формирует падение или впадину в сигнале изображения, формируемом камерой 117 (или даже три отдельных падения или впадины), ширина которого вдоль оси H₂ может быть преобразована в расстояние между объектом 109 и точечными источниками 111a, 111b излучения цифровым процессором схемы 119 управления посредством алгоритма на основе параллакса (или справочной таблицы, сформированной таким алгоритмом). Кроме того, угол θ₁ может быть определен цифровым процессором схемы 119 управления исходя из местоположения центра падения (или группы падений) вдоль горизонтальной оси CCD камеры 117. Следовательно, местоположение одного вводимого объекта 109 может быть полностью определено посредством одной камеры 117 в комбинации с двойным источником 110 излучения и цифрового процессора схемы 119 управления. Несмотря на то что определение вначале может быть выполнено в полярных координатах, легко осуществить преобразование в декартовы координаты X, Y. Кроме того, если обеспечена комбинация двух двойных источников 110, 112 излучения и камер 117, 118 с однострочной разверткой, которые изображены на фиг.1 и которые работают одновременно, то может быть однозначно определена позиция X и Y двух одновременно вводимых объектов, так как для определения координат X, Y одного вводимого объекта необходима только одна комбинация камеры и двойного источника света.

Далее обсуждается призматическая пленка (в этом описании также называемая световозвращающая пленка) 108. Согласно фиг.3 иллюстративная призматическая пленка 108 в соответствии с аспектами настоящего изобретения изображена в разрезе. Призматическая пленка 108 включает в себя первый подслой 120, имеющий первую поверхность 122 и вторую поверхность 124. Первая поверхность 122 (также называемая передней поверхностью) призматической пленки 108 обычно является плоской (и, как правило, гладкой). Вторая поверхность 124 также обычно является плоской и прикреплена к второму подслою 126.

Второй подслой 126 имеет первую поверхность 128 и вторую поверхность 130. Как изображено на фиг.3, первая поверхность 128 второго подслоя 126 обычно является плоской (и, как правило, гладкой) и обычно находится против второй поверхности 124 первого подслоя 120. Вторая поверхность 130 второго подслоя 126 также обычно является плоской и прикреплена к световозвращающему подслою 132.

Первый и второй подслои 120, 126 могут состоять из такого материала, как полимер, который имеет высокий модуль упругости. Этот полимер может быть выбран из широкого разнообразия полимеров, включающих в себя, например, поликарбонаты, сложные полиэфиры, полистиролы, полиарилаты, сополимеры стирол-акрилонитрил, уретан, сложные эфиры акриловой кислоты, сложные эфиры целлюлозы, этиленненасыщенные нитриты, жесткие эпоксидные акрилаты, акриловые волокна и т.п., причем акриловые и поликарбонатные полимеры являются предпочтительными. Предпочтительно, чтобы первый и второй подслои были покрашены и/или краска была нанесена равномерно на весь первый и второй подслои. В одном варианте осуществления на весь первый подслой 120 нанесена красная краска, а на весь второй подслой 126 нанесена синяя краска. В другом варианте осуществления на весь первый подслой 120 нанесена синяя краска, а на весь второй подслой 126 нанесена красная краска. Как на весь первый, так и на весь второй подслои 120, 126 краска нанесена равномерно. Специалисту в данной области техники будет очевидно, что аспекты настоящего изобретения включают в себя использование любого требуемого цвета или комбинации цветов для получения требуемой функциональности, эстетичного вида и т.д., обсуждаемых в этом описании. Например, на подслои 120, 126 могут быть нанесены краски разных цветов. См., например, опубликованные заявки США 20030203211 и 20030203212 (права на которые принадлежат заявителю этой заявки), которые включены в этот документ по ссылке, так как являются необходимыми для полного понимания настоящего изобретения.

Подслои предпочтительно выбираются так, чтобы они были высокопрозрачными в инфракрасных длинах волн и непрозрачными в длинах волн видимого света, которые обеспечивают по существу черный вид. Яркий фон, обеспечиваемый пленкой, предпочтительно делается таким ярким и равномерным, как это разумно возможно для обеспечения возможности обнаружения объекта 109 внутри поля призматической пленки 108 (например, поля 104 обзора).

Световозвращающий подслой 132 имеет первую поверхность 134 и вторую поверхность 136. Как изображено на фиг.3, первая поверхность 134 обычно является плоской (и, как правило, гладкой) и обычно находится против второй поверхности 130 второго подслоя 126. Вторая поверхность 136 включает в себя или каким-либо иным способом определяет множество кубических уголковых световозвращающих элементов 140 и может находиться против адгезива 143 для использования при применении. Световозвращающий подслой 132, включающий в себя кубические уголковые элементы 140, сформированные в нем, может состоять из прозрачного пластмассового материала, например полимера, который имеет высокий модуль упругости. Полимер может быть выбран из широкого разнообразия полимеров, включающих в себя, например, поликарбонаты, сложные полиэфиры, полистиролы, полиарилаты, сополимеры стирол-акрилонитрил, уретан, сложные эфиры акриловой кислоты, сложные эфиры целлюлозы, этиленненасыщенные нитриты, жесткие эпоксидные акрилаты, акриловые полимеры и т.п., причем акриловые и поликарбонатные полимеры являются предпочтительными.

Призматическая пленка по фиг.3a обеспечивает однослойную пленку в отличие от многослойной пленки, обеспеченной на фиг.3 и 4. Для удобства в описании варианта осуществления по фиг.3a используются аналогичные ссылочные позиции. Иллюстративная призматическая пленка 108 в соответствии с аспектами настоящего изобретения изображена в разрезе. Световозвращающий подслой 132 имеет первую поверхность 134 и вторую поверхность 136. Как изображено на фиг.3a, первая поверхность 134 обычно является плоской (и, как правило, гладкой). Вторая поверхность 136 включает в себя или каким-либо иным способом определяет множество кубических уголковых световозвращающих элементов 140 и может находиться напротив адгезива 143 для использования при применении. Световозвращающий подслой 132, включающий в себя кубические уголковые элементы 140, сформированные в нем, может состоять из прозрачного пластмассового материала, например полимера, который имеет высокий модуль упругости.

В другом варианте осуществления, изображенном на фиг.4, первый и второй подслои 120, 126 могут быть заменены одним подслоем 150. Подслой 150 содержит однослойную пленку краски для поглощения видимого света с передней поверхностью 152 и находящейся напротив задней поверхности 154. Задняя поверхность 154 находится против световозвращающего подслоя 132, как обсуждалось выше в отношении второго подслоя. Передняя поверхность 152 обычно является гладкой. В одном варианте осуществления подслой 150 покрашен в черный цвет. Преимущества, связанные с одним слоем краски, состоят в том, что вся структура пленки становится более тонкой, и через один слой 150 краски увеличивается равномерность передачи.

В одном предпочтительном варианте осуществления световозвращающий подслой 132, включающий в себя кубические уголковые элементы, сформированные в нем, выполнен из акрилового полимера, например акрилового материала, имеющего коэффициент преломления, приблизительно равный 1,49. Несомненно, могут быть применены другие подходящие материалы, имеющие более высокий или более низкий коэффициент преломления, не выходя за пределы настоящего изобретения. Кубические уголковые элементы могут быть сформированы внутри подслоя или как единое целое с ним с использованием, например, любого из способов, описанных в патентах США № 6015214 (RE 40700) и № 6767102 (RE 40455) (права на которые принадлежат заявителю настоящей заявки), которые полностью включены в этот документ по ссылке, так как являются необходимыми для полного понимания настоящего изобретения.

Как более полно описано ниже, для обеспечения требуемой световозвращающей способности и равномерности могут быть выбраны коэффициент преломления подслоя, размер и скашивание кубических уголковых элементов. Несмотря на то, что настоящее изобретение описывается в отношении кубических уголковых элементов, которые сформированы как единое целое в качестве части подслоя, следует понимать, что настоящее изобретение можно применять к кубическим уголковым элементам, которые сформированы отдельно (например, посредством прессовки или отливки) от подслоя и сцепляются с ним.

Множество кубических уголковых элементов 140 являются металлизированными 142 посредством подходящего металла, например алюминия, серебра, никеля, золота и т.п. Такая металлизация может быть обеспечена с нанесением (например, напылением или вакуумным нанесением) металлической пленки на поверхности кубических уголковых элементов. Металлизированная сторона уголка куба подслоя может быть покрыта адгезивом 143, или он может быть введен в нее каким-либо иным способом (с формированием, например, продукта, аналогичного маркировочной ленте). Металлизация кубических уголковых элементов обеспечивает возможность очистки дисплея и в противном случае обеспечивает невосприимчивость его к загрязнителям и/или влажности, которые могут отрицательно воздействовать на световозвращающую способность световозвращающей пленки 108. Патент США 7445347 (права на который принадлежат заявителю этой заявки) включен в этот документ по ссылке, так как является необходимым для полного понимания настоящего изобретения.

Далее согласно фиг.5-8 и фиг.3 световозвращающая пленка 108 включает в себя множество индивидуальных кубических уголковых элементов 140 (фиг.3), которые упорядочены в массив 200 или каким-либо иным способом сформированы как массив 200 (Фиг.5). Каждый кубический уголковый элемент 140 формируется тремя по существу, но не совсем перпендикулярными лицевыми поверхностями 202, которые встречаются в вершине 204. Лицевые поверхности перекрещиваются на образуемых двумя пересекающимися плоскостями ребрах 206. Углы в образуемых двумя пересекающимися плоскостями ребрах 206 между взаимно перекрещивающимися лицевыми поверхностями 202 обычно называются двугранными углами. В геометрически совершенном кубическом уголковом элементе каждый из этих трех двугранных углов равен точно 90°. Однако в настоящем изобретении в два из этих трех двугранных углов преднамеренно включена конкретная карта ошибок для улучшения яркости обнаруживаемого излучения, отражаемого обратно, вдоль продольной оси призматической пленки 108, как подробно описано далее в этом документе.

Как изображено на фиг.6, каждый кубический уголковый элемент 140 имеет треугольный профиль куба с тремя ребрами 210 основания. В настоящем варианте осуществления каждый кубический уголковый элемент 140 имеет профиль куба в виде равнобедренного треугольника, где два из ребер основания (например, ребра основания, имеющие длины a и b) имеют приблизительно одинаковую длину. В качестве альтернативы, один или несколько кубических уголковых элементов 140 могут иметь профиль куба в виде неравнобедренного треугольника. Поскольку ребра 210 основания кубического уголкового элемента 140 являются линейными и находятся на общей плоскости, то массив такого рода определяется перекрещивающимися наборами углублений. Как изображено на фиг.5, каждый кубический уголковый элемент 140 определяется тремя v-образными углублениями 212, 214, 216, каждое из которых является членом трех наборов углублений, которые пересекают массив 200 в перекрещивающейся структуре и формируют согласованные пары кубических уголковых элементов. Обычно все три набора углублений вырезаются до одинаковой глубины, но один или несколько наборов углублений могут быть смещены вертикально (т.е. вырезаны мельче или глубже по отношению к другим). Кроме того, один из наборов углублений может быть смещен горизонтально, при этом профиль куба становится отличным от треугольника. Такие кубы по-прежнему считаются трехгранными уголками куба и находятся в рамках этого изобретения. В варианте осуществления, изображенном на фиг.6, смежные стороны a и b лицевых поверхностей имеют половину угла углубления, приблизительно равную 38,5 градуса (например, 38,5211 градуса), а смежная сторона c лицевой поверхности имеет половину угла углубления, приблизительно равную 28,3 градуса (например, 28,2639 градуса).

Массив 200 может быть продублирован несколько раз, например, в виде приблизительно квадратных фрагментов требуемого размера. В предпочтительном варианте осуществления такие фрагменты обеспечены в линейной конфигурации, изображенной на фиг.7, продольная ось которой соответствует продольной оси полосы пленки 108, размещенной вокруг границы 106 системы 100 обнаружения позиции, изображенной на фиг.1. Лист с одним фрагментом или несколькими фрагментами, все из которых имеют одинаковую ориентацию уголка куба, называется незакрепленным листом.

В призматических пленках кубический уголковый элемент обычно используется с по меньшей мере одним другим кубическим уголковым элементом как часть согласованной пары и обычно используется с массивом таких элементов. Такой массив изображен на фиг.5-7, и такая согласованная пара изображена в поперечном сечении на фиг.8. Кубические уголковые элементы, изображенные на фиг.6 и фиг.8 и повторенные в массивах по фиг.5 и фиг.7, предпочтительно являются скошенными в более параллельном ребру направлении, приблизительно под углом, который находится между 8° и 24°, и более предпочтительно являются скошенными в более параллельном ребру направлении, приблизительно под углом, который находится между 12° и 20°. В еще одном иллюстративном варианте осуществления трехгранные кубические уголковые элементы являются скошенными между -10° и -6°, а в другом варианте осуществления - между -15° и -6°. В вышеизложенных иллюстративных вариантах осуществления каждый кубический уголковый элемент является скошенным в более параллельном ребру направлении под углом, равным 15,5°. Кроме того, каждый кубический уголковый элемент предпочтительно имеет глубину куба между приблизительно 0,006 дюйма (0,01524 см) и 0,0055 дюйма (0,01397 см) и более предпочтительно - между 0,002 дюйма (0,00508 см) и 0,0045 дюйма (0,01143 см). В этом иллюстративном варианте осуществления каждый кубический уголковый элемент имеет глубину куба 0,00325 дюйма (0,008255 см).

Как обсуждалось выше, один аспект настоящего изобретения нацелен на обеспечение световозвращающей пленки с высоким значением яркости. Соответственно, для достижения этой цели используется высокоотражающий призматический лист. Однако выбор призматического листа потенциально ставит под угрозу требование равномерности. Геометрия типичного сенсорного дисплея такова, что углы входа колеблются от 0 до 60 градусов. Специалисту в данной области техники будет очевидно, что это является очень большим диапазоном для поддержания равномерной яркости призматическим листом. Поскольку углы обзора также варьируются, то для достижения комбинации высокой яркости и хорошей равномерности должна соблюдаться особая осторожность в выборе размера и геометрии куба.

Для применений призматического листа обычно используются трехгранные кубические уголковые призмы, потому что они могут быть непосредственно включены в подслой посредством механической обработки с использованием обычного нанесения линий или способов алмазного точения. Разработан алгоритм для моделирования яркости сигнала и равномерности как функции геометрии и размера для уголков куба с равнобедренным треугольником, вырезанных с равной глубиной углублений. Для этих уголков куба геометрия и размер полностью определяются двумя параметрами: скос куба и глубина куба. Специалисту в данной области техники будет очевидно, что возможны другие типы трехгранных уголков куба, включающие в себя, например, разносторонние треугольники и двухуровневую и трехуровневую вырезку наборов углублений. В этих случаях не комбинация скос куба/глубина куба сама по себе является тем, что определяет яркость сигнала и равномерность, а скорее активный апертурный размер для каждого направления падающего света.

Заявитель обнаружил, что яркость изображения вводимого элемента 109 и расположенных по бокам теней, формируемых двойными источниками 110, 112 излучения, может быть улучшена, если преднамеренно включаются ошибки e₁, e₂ и e₃ конкретной карты в, как правило, 90° двугранные углы между лицевыми поверхностями уголков куба.

Карта ошибок e₁, e₂ и e₃, которая является частью этого изобретения, лучше всего понятна со ссылкой на фиг.9, на которой изображен один кубический уголковый элемент, имеющий три треугольных лицевых поверхности 202a, 202b и 202c. Как раскрыто со ссылкой на фиг.6, эти лицевые поверхности 202a, 202b и 202c перекрещиваются и формируют три по существу образуемых двумя пересекающимися плоскостями ребра 206 и три по существу двугранных угла e₁, e₂ и e₃, которые представляют углы между лицевыми поверхностями 202b, 202c; 202a, 202c и 202a, 202b, соответственно. В уголках куба согласно изобретению каждый двугранный угол включает в себя карту ошибок или уходов e₁, e₂ и e₃ от идеального 90° значения так, что e₁≈e₂ и e₃≈0. Предпочтительно, чтобы |e₁| и |e₂| были >0,033° (или 2 минуты) и |e₃|<0,033° (или 2 минуты). Более предпочтительно, чтобы |e₁| и |e₂| находились приблизительно между 0,035° и 0,10° и приблизительно между 0,03° и 0,20° и |e₃| приблизительно был равен 0°. В предпочтительном варианте осуществления оба значения |e₁| и |e₂| равны 0,063° (или 3,8 минуты), а |e₃| равно 0°. В еще одном предпочтительном варианте осуществления e₁ и e₂≠0, (e₁+e₂)/2>0,03° и по-прежнему более предпочтительно (e₁+e₂)/2>0,05°. В еще одном варианте осуществления e₃<0,03°, и более предпочтительно, когда e₃<0,015°. В еще одном варианте осуществления |e₁-e₂|<0,06° и более предпочтительно |e₁-e₂|<0,03°.

Одним способом, посредством которого может быть получен такой набор ошибок, является вырезание v-образных углублений, которые формируют находящиеся напротив друг друга лицевые поверхности 202c смежных кубических уголковых элементов, под углом, который или увеличивает, или уменьшает двугранные углы на 0,063°. Эти v-образные углубления соответствуют горизонтальным v-образным углублениям массива уголков куба, изображенного на фиг.5 и фиг.7. Однако такой способ обеспечивает то, что все уголки куба с картой ошибок, имеющих одинаковый знак, т.е. e₁ и e₂, все являются или положительными, или отрицательными, и заявитель наблюдал, что содержание и положительных, и отрицательных ресурсов ошибок эффективно сокращает чувствительность характеристик пленки к отклонениям двугранного угла, которые могут возникнуть во время производственного процесса. Одним способом получения и положительных и отрицательных наборов ошибок двугранного угла является описанный ниже. Режущий инструмент, используемый для вырезания горизонтальных углублений вдоль коротких сторон треугольников, изображенных на фиг.5 и фиг.7, наклоняют в одном направлении. Это вызывает увеличение e₁ и e₂ в кубических уголковых элементах на одной стороне режущего инструмента и соответствующее уменьшение e₁ и e₂ в кубических уголковых элементах на другой стороне режущего инструмента. Этот наклоненный режущий инструмент используется для вырезания каждого второго углубления. После этого подслой поворачивают на 180° и вырезают недостающие углубления. Это обеспечивает получающийся в результате массив уголков куба с чередующимися рядами уголков куба, где e₁ и e₂ равны +0,063° и -0,063° соответственно.

Сравнение диаграмм пятна, изображенных на фиг.10A-10H, с диаграммами пятна по фиг.11A-11D иллюстрирует то, что массив уголков куба, скошенных под углом 0°, 16° и -8° более параллельно ребру и имеющих карту ошибок e₁, e₂ и e₃ согласно изобретению, эффективно сдерживает распространение света, насколько это возможно в пределах плоскости сенсорного экрана. Когда уголок куба подвергается воздействию точечного источника света, каждая из трех лицевых поверхностей уголка куба формирует два отраженных в обратном направлении пятна в результате того, что часть света, отражаемого от каждой лицевой поверхности, в свою очередь отражается от каждой из других двух лицевых поверхностей куба. Фиг.10A-10H являются диаграммами пятна обычных уголков куба, скошенных под углом 0° и 60° для углов входа (beta) 0° и 60°, причем все двугранные углы равны 90° (т.е. e₁=e₂=e₃=0°). На фиг.10A-10H иллюстрируется то, что для всех комбинаций скоса и угла входа все шесть отраженных в обратном направлении пятен поверхностей уголка куба являются точно отраженными в обратном направлении на 180° назад в точечный источник света так, что они все сходятся в точке с идентичными координатами x, y. В отличие от этого, как иллюстрируется на фиг.11A-11D, когда карта ошибок двугранных углов e₁=6 мин, e₂=6 мин и e₃=0 вводится в уголки куба, три лицевые поверхности уголков куба не отражают в обратном направлении шесть пятен точно на 180° по отношению к точечному источнику, а вместо этого отражают в обратном направлении четыре из шести пятен при расходящихся точках (примерно 0,4°) вдоль оси x. Остальные два пятна являются более сжатыми в направлении оси x, когда скос куба = 16°. Когда ось x соответствует плоскости сенсорного экрана, фиг.11A-11D иллюстрируют то, что уголки куба, включающие в себя скос и карту ошибок двугранных углов согласно изобретению, эффективно сдерживают распространение света, насколько это возможно в пределах плоскости сенсорного экрана.

На фиг.12A-12F и фиг.13A-13F представлены ожидаемые отраженные в обратном направлении картины света с учетом дифракции. Фиг.12A, фиг.12C, фиг.12E, фиг.13A, фиг.13C, фиг.13E являются диаграммами картины света для обычных уголков куба, скошенных под углом 0° и 60° для углов входа (beta) 0° и 60°, причем все двугранные углы равны 90° (т.е. e₁=e₂=e₃=0°). Фиг.12B, фиг.12D, фиг.12F, фиг.13B, фиг.13D, фиг.13F иллюстрируют различия в диаграммах картины света таких уголков куба, когда в них введена карта ошибок e₁=6 мин, e₂=6 мин и e₃=0 двугранных углов. В общем, отраженный в обратном направлении свет является более сконцентрированным вдоль оси x, как лучше всего видно согласно фиг.13B, фиг.13D, фиг.13F. Сравнение этих диаграмм подтверждает выводы, сделанные в отношении фиг.10A-11D и фиг.11A-11D, т.е. то, что уголки куба, включающие в себя скос и карту ошибок двугранных углов согласно изобретению, эффективно сдерживают распространение света, насколько это возможно в пределах плоскости сенсорного экрана.

Как обеспечено на фиг.13B, фиг.13D, фиг.13F, незакрепленная призматическая пленка включает в себя множество трехгранных кубических уголковых световозвращающих элементов, в которых источник света при отражении создает картину света, горизонтальное распространение в которой является большим, чем вертикальное распространение. Горизонтальное распространение, по меньшей мере, в 1,5 раза больше при углах входа 0° и 60°, а совокупный возврат света при угле 60° составляет, по меньшей мере, 10% от возврата света при угле 0°, а в определенных случаях - больше 30%.

Наконец, фиг.14 является иллюстративным графиком сигнала камеры для разных размеров экрана, имеющих формат 16/9. Из графика видно, что для размеров экрана 17 дюймов (43 см), 19 дюймов (48 см), 22 дюйма (56 см), 26 дюймов (66 см) и 30 дюймов (76 см) минимальный уровень сигнала - при отсутствии падений ниже приблизительно 2,0, а максимальный уровень сигнала может достигать 30,0 по углу обзора 90°. Следовательно, световозвращающий материал согласно изобретению обеспечивает достаточное отражение в обратном направлении по углу 90° для формирования легко обнаруживаемого сигнала в камерах, используемых в предпочтительном варианте осуществления.

Соответственно, согласно настоящему изобретению обеспечена высокоэффективная призматическая пленка для использования с сенсорным экраном и системами считывания позиции. Несмотря на то что изобретение описано в связи с предпочтительным вариантом осуществления, который в настоящее время рассматривается как самый целесообразный, специалистам в данной области техники будет очевидно, что изобретение не ограничивается раскрытым вариантом осуществления, что может быть выполнено множество его модификаций и эквивалентных конфигураций в рамках изобретения, объем которого соответствует самой широкой интерпретации прилагаемой формулы изобретения и охватывает все эквивалентные структуры и продукты.

На протяжении всего этого раскрытия предмета изобретения делаются ссылки на публикации, патенты и патентные заявки. Весь ссылочный материал, приведенный в этом описании, включен в него по ссылке.

Изобретение относится к низкопрофильной системе обнаружения позиции. Технический результат - более точное определение позиции вводимого объекта. Система обнаружения позиции содержит, по меньшей мере, одну камеру, два источника светового излучения, находящихся на расстоянии друг от друга, часть области обнаружения и призматическую пленку, расположенную вдоль внешней границы, по меньшей мере, части упомянутой области обнаружения. Призматическая пленка содержит: множество отдельных трехгранных кубических уголковых световозвращающих элементов, имеющих такие ошибки e₁, е₂ и е₃ двугранных углов, что e₁≈e₂≠0 и е₃≈0, и при этом e₁ и е₂ либо обе положительные, либо обе отрицательные в каждом отдельном трехгранном кубическом уголковом элементе. 5 н. и 23 з.п. ф-лы, 35 ил.

1. Система обнаружения позиции, содержащая
камеру, расположенную для приема электромагнитного излучения, пересекающего область обнаружения, которая формирует сигнал, представляющий изображение,
двойной источник электромагнитного излучения, расположенный рядом с упомянутой камерой, для вывода электромагнитного излучения, которое перекрывает, по меньшей мере, часть области обнаружения, и
призматическую пленку, расположенную вдоль внешней границы, по меньшей мере, части области обнаружения, которая отражает в обратном направлении упомянутое электромагнитное излучение из упомянутого источника в упомянутую камеру, причем эта призматическая пленка включает в себя множество отдельных трехгранных кубических уголковых световозвращающих элементов, имеющих такие ошибки e₁, е₂ и е₃ двугранных углов, что e₁≈e₂≠0 и е₃≈0, и при этом e₁ и е₂ либо обе положительные, либо обе отрицательные в каждом отдельном трехгранном кубическом уголковом элементе.

2. Система по п. 1, в которой упомянутый источник электромагнитного излучения является парой ИК излучателей.

3. Система по п. 1, в которой |е₁| и |е₂| находятся между 0,03° и 0,20°.

4. Система по п. 1, в которой упомянутое множество трехгранных кубических уголковых элементов скошены между 8° и 24°.

5. Система по п. 1, в которой упомянутые трехгранные кубические уголковые световозвращающие элементы имеют глубину куба между 0,002 дюйма (0,00508 см) и 0,0055 дюйма (0,01397 см).

6. Призматическая пленка, содержащая
незакрепленную призматическую пленку, имеющую световозвращающий подслой, включающий в себя множество отдельных трехгранных кубических уголковых световозвращающих элементов, и
причем кубические уголковые световозвращающие элементы имеют такие ошибки е₁, е₂ и е₃ двугранных углов, что e₁≈e₂≠0 и е₃≈0,
при этом каждый кубический уголковый световозвращающий элемент задан множеством углублений, каждое из которых имеет фиксированную глубину, и
при этом e₁ и е₂ либо обе положительные, либо обе отрицательные в каждом отдельном трехгранном кубическом уголковом элементе.

7. Призматическая пленка по п. 6, дополнительно содержащая металлизированный слой, расположенный над, по меньшей мере, частью упомянутых кубических уголковых элементов.

8. Призматическая пленка по п. 6, в которой упомянутое множество трехгранных кубических уголковых элементов скошены между 12° и 20°.

9. Призматическая пленка по п. 6, в которой упомянутое множество трехгранных кубических уголковых элементов скошены более параллельно ребру.

10. Призматическая пленка по п. 6, в которой около половины множества трехгранных кубических уголковых световозвращающих элементов имеют ошибки е₁ и е₂ двугранных углов между 0,03° и 0,20°, а оставшаяся половина множества трехгранных кубических уголковых световозвращающих элементов имеет ошибки е₁ и е₂ двугранных углов между -0,03° и -0,20°.

11. Призматическая пленка по п. 6, в которой упомянутые трехгранные кубические уголковые световозвращающие элементы имеют глубину куба между 0,002 дюйма (0,00508 см) и 0,0055 дюйма (0,01397 см).

12. Призматическая пленка по п. 7, в которой пленка является прозрачной для инфракрасного излучения, но является непрозрачной для видимого света.

13. Призматическая пленка по п. 6, в которой первый подслой окрашен инфракрасной краской и выглядит черным в видимом свете.

14. Призматическая пленка по п. 7, в которой металлизированный слой сформирован из одного из алюминия и золота.

15. Призматическая пленка по п. 6, в которой |e₁-e₂|/2>0,03°.

16. Призматическая пленка по п. 6, в которой |е₁-е₂|2>0,05°.

17. Призматическая пленка по п. 6, в которой е₃<0,05°.

18. Призматическая пленка по п. 6, в которой е₃<0,025°.

19. Призматическая пленка по п. 6, в которой e₁-e₂<0,06°.

20. Призматическая пленка по п. 6, в которой е₁-е₂<0,03°.

21. Призматическая пленка, содержащая
незакрепленную призматическую пленку, имеющую световозвращающий подслой, включающий в себя множество отдельных трехгранных кубических уголковых световозвращающих элементов,
источник света, включающий в себя пару светоизлучающих диодов инфракрасного свечения в виде точечных источников;
причем этот источник света при отражении создает картину света, имеющую горизонтальное распространение больше, чем вертикальное распространение при углах входа 0° и 60°;
причем трехгранные кубические уголковые световозвращающие элементы имеют такие ошибки e₁, е₂ и е₃ двугранных углов, что e₁≈e₂≠0 и е₃≈0,
при этом e₁ и е₂ либо обе положительные, либо обе отрицательные в каждом отдельном трехгранном кубическом уголковом элементе.

22. Призматическая пленка по п. 21, в которой горизонтальное распространение, по меньшей мере, в 1,5 раза больше при углах входа 0° и 60°.

23. Призматическая пленка по п. 22, в которой совокупный возврат света при 60° составляет, по меньшей мере, 10% от возврата света при 0°.

24. Призматическая пленка по п. 21, в которой совокупный возврат света при 60° составляет, по меньшей мере, 30% от возврата света при 0°.

25. Призматическая пленка по п. 21, в которой трехгранные кубические уголковые элементы скошены между -10° и -6°.

26. Система обнаружения позиции, содержащая
камеру, расположенную для приема электромагнитного излучения, пересекающего область обнаружения, которая формирует сигнал, представляющий изображение,
двойной источник электромагнитного излучения, расположенный рядом с упомянутой камерой, для вывода электромагнитного излучения, которое перекрывает, по меньшей мере, часть области обнаружения, и
призматическую пленку, расположенную вдоль внешней границы, по меньшей мере, части области обнаружения, которая отражает в обратном направлении упомянутое электромагнитное излучение из упомянутого источника в упомянутую камеру, причем эта призматическая пленка включает в себя множество отдельных трехгранных кубических уголковых световозвращающих элементов, и источник излучения при отражении создает картину света, имеющую горизонтальное распространение больше, чем вертикальное распространение при углах входа 0° и 60°,
причем трехгранные кубические уголковые световозвращающие элементы имеют такие ошибки e₁, е₂ и е₃ двугранных углов, что e₁≈e₂≠0 и е₃≈0,
при этом e₁ и е₂ либо обе положительные, либо обе отрицательные в каждом отдельном трехгранном кубическом уголковом элементе.

27. Призматическая пленка, содержащая
незакрепленную призматическую пленку, имеющую световозвращающий подслой, включающий в себя множество трехгранных кубических уголковых световозвращающих элементов,
причем кубические уголковые световозвращающие элементы имеют такие ошибки е₁, е₂ и е₃ двугранных углов, что e₁≈e₂≠0 и е₃≈0, причем множество трехгранных кубических уголковых элементов скошены между -15° и -6°,
при этом каждый кубический уголковый световозвращающий элемент задан множеством углублений, каждое из которых имеет фиксированную глубину, и
при этом e₁ и е₂ либо обе положительные, либо обе отрицательные в каждом отдельном трехгранном кубическом уголковом элементе.

28. Призматическая пленка по п. 27, в которой множество трехгранных кубических уголковых элементов скошены между -10° и -6°.