Системы считывания позиции для использования в сенсорных экранах и призматическая пленка, используемая в них

Системы считывания позиции для использования в сенсорных экранах и призматическая пленка, используемая в них

Иллюстрации

Показать все

Реферат

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, э