定位感测器及输入终端装置的制作方法

1.本发明涉及红外定位技术领域，特别是涉及一种定位感测器及输入终端装置。


背景技术：

2.利用空中成像实现人机交互功能的输入终端装置可降低用户在使用过程中的细菌病毒感染风险以及个人信息泄露的安全隐患。上述输入终端装置中包括定位感测器以及处理器。处理器与定位感测器之间进行数据交互。定位感测器包括多个发射器、多个接收器以及透镜结构。发射器产生的红外光线经过透镜结构发射至定位感测器外部，当在空中显示区域进行触摸时，在触摸物体处的红外光线进行反射以及漫反射被接收器接收，接收器将感测光线转换为光路图像发送给处理器，以通过分析光路图像来识别触摸位置。透镜结构在发射器的出光方向上将红外光线进行准直，在其他方向上，红外光线仍为发散发射。故，在空中触摸位置距离定位感测器越远时，红外光线的强度大量衰减，大大减少了定位感测器的感测范围以及输入终端装置的交互距离。


技术实现要素：

3.本发明的主要目的是提供一种定位感测器及输入终端装置，旨在解决现有技术中如何提高感测范围以及交互距离的问题。
4.一种定位感测器，应用于可形成全息影像的输入终端装置中；所述定位感测器形成输入感测区域并感测用户在所述输入感测区域内的操作；所述定位感测器包括感测结构、透镜结构以及滤光结构；所述透镜结构以及所述滤光结构沿所述感测结构的出光方向上层叠设置，且所述透镜结构位于所述滤光结构和所述感测结构之间；所述感测结构用于发出感测光线；所述感测结构包括多个发射器以及多个接收器；在第一方向上，所述发射器与所述接收器以预定间隔交替设置在同一平面上；所述发射器发出的感测光线沿第二方向出射，所述第二方向与所述第一方向垂直；所述透镜结构从所述第一方向以及第三方向上对所述感测光线进行准直后出射至所述滤光结构；所述第三方向同时与所述第一方向和所述第二方向垂直。
5.此外，为了实现上述目的，本发明还提出一种输入终端装置，包括存储器、处理器以及定位感测器；所述定位感测器形成输入感测区域并感测用户在所述输入感测区域内的操作；所述定位感测器包括感测结构、透镜结构以及滤光结构；所述透镜结构以及所述滤光结构沿所述感测结构的出光方向上层叠设置，且所述透镜结构位于所述滤光结构和所述感测结构之间；所述感测结构用于发出感测光线；所述感测结构包括多个发射器以及多个接收器；在第一方向上，所述发射器与所述接收器以预定间隔交替设置在同一平面上；所述发射器发出的感测光线沿第二方向出射，所述第二方向与所述第一方向垂直；所述透镜结构从所述第一方向以及第三方向上对所述感测光线进行准直后出射至所述滤光结构；所述第三方向同时与所述第一方向和所述第二方向垂直。
6.上述定位感测器及输入终端装置，通过从两个方向上对感测光线进行准直，所述
感测光线的出射长度得到了提升，进而提高所述定位感测器的感测范围以及交互距离，提高了所述输入终端装置的感测精度。
附图说明
7.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
8.图1为本发明较佳实施方式的输入终端装置的模块示意图。
9.图2为图1中所述定位感测器的第一实施方式的立体示意图。
10.图3为图2中所述定位感测器沿iii-iii方向的剖面示意图。
11.图4为图2中所述第一透镜的立体示意图。
12.图5a为图3中所述定位感测器工作时产生的感测光线的示意图。
13.图5b为图2中所述定位感测器沿v(b)-v(b)方向的剖面示意图。
14.图6为图2中所述定位感测器的第二实施方式的立体示意图。
15.图7为图6中所述第一透镜的立体示意图。
16.主要元件符号说明
17.输入终端装置1
18.存储器10
19.处理器20
20.定位感测器40、40a、40b
21.光学组件60
22.显示设备80
23.感测结构41
24.发射器412
25.接收器413
26.输入感测区域a
27.第一对称轴a
28.第二对称轴b
29.透镜结构43
30.第一透镜431
31.第二透镜432
32.滤光结构45
33.如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。
具体实施方式
34.为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人
员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
35.本发明的说明书及上述附图中的术语“第一”、“第二”和“第三”等是用于区别不同对象，而非用于描述特定顺序。此外，术语“包括”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。
36.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
37.下面结合附图对本发明的定位感测器以及输入终端装置的具体实施方式进行说明。
38.请参阅图1，其为输入终端装置1的模块示意图。所述输入终端装置1在空中形成全息影像(图未示)，并利用感测用户在全息影像上的操作以产生触摸输入信号。在本发明的至少一个实施方式中，所述输入终端装置1可以应用在自助存取款机中，也可以应用在家用电器、车辆等人机交互设备中。所述输入终端装置1包括存储器10、处理器20以及定位感测器40。
39.所述存储器10用于存储程序代码。所述存储器10可以是集成电路中没有实物形式的具有存储功能的电路，如内存条、tf卡(trans-flash card)、智能媒体卡(smart media card)、安全数字卡(secure digital card)、快闪存储器卡(flash card)等储存设备。所述存储器10可通过所述通信总线与所述处理器20进行数据通信。
40.所述处理器20可以包括一个或者多个微处理器、数字处理器。所述处理器20又称中央处理器(cpu，central processing unit)，是一块超大规模的集成电路，是运算核心(core)和控制核心(control unit)。所述处理器20可调用所述存储器10中存储的程序代码以执行相关的功能。所述处理器20可执行存储于所述存储器10中的程序代码以实现一种定位感测方法。
41.所述定位感测器40具有输入感测区域a(如图3所示)。在所述输入感测区域a内存在目标物体时，所述定位感测器40识别所述目标物体的位置。所述定位感测器40通过发射感测光线，并将经在所述感测区域a内的物体反射或漫反射产生的反射光线转换为光路图像。在本发明的至少一个实施方式中，所述感测光线为红外线，所述感测光线的波长可为940纳米，也所述感测光线的波长可以为850纳米。在本发明的至少一个实施方式中，在所述输入感测区域a与所述定位感测器40的出光区域正对设置。在其他实施方式中，所述输入感测区域a与所述输入终端装置1的上表面之间可呈一定角度设置。
42.请一并参阅图2及图3，图2为第一实施方式之所述定位感测器40a的立体示意图，图3为所述定位感测器40a沿iii-iii的剖面示意图。所述定位感测器40a包括感测结构41、透镜结构43以及滤光结构45。所述透镜结构43以及所述滤光结构45沿所述感测结构41的出光方向上层叠设置。其中，所述透镜结构43设置于所述滤光结构45和所述感测结构41之间。
43.所述感测结构41用于发射感测光线并将接收的所述反射光线转换为光路图像发送给所述处理器20。所述感测结构41包括多个发射器412以及多个接收器413。在第一方向x(水平方向)上，所述发射器412与所述接收器413以预定间隔交替设置在同一平面上。在本
发明的至少一个实施方式中，所述预定间隔的范围为1至20毫米(mm)。每个所述发射器412与相邻的一个所述接收器413构成一个感测对。所述发射器412用于发射所述感测光线。所述接收器413用于接收所述反射光线并形成所述光路图像。每个所述发射器412具有第一对称轴a，其为所述发射器412的中心。所述第一对称轴a与所述第一方向x垂直的第二方向y(竖直方向)平行。在本发明的至少一个实施方式中，所述第二方向y为所述定位感测器40a的感测光线出射方向。每个所述接收器413具有第二对称轴b，其为所述接收器413的中心。所述第二对称轴b与所述第二方向y平行设置。
44.所述透镜结构43用于从所述第一方向x以及第三方向z上对所述感测光线进行准直后出射至所述滤光结构45。其中，所述第三方向z与所述第一方向x以及所述第二方向y垂直，且所述第一方向x和所述第三方向z定义了水平面。
45.所述透镜结构43包括多个第一透镜431以及多个第二透镜432。多个所述第一透镜431沿所述第一方向x排列。多个所述第二透镜432沿所述第一方向x排列，且位于所述第一透镜431和所述发射器412之间。所述第二透镜432的尺寸小于所述第一透镜431的尺寸。在所述第二方向y上，每个所述第一透镜431下方对应设置有一个所述第二透镜432以及一个所述发射器412。从所述第二方向y上看，所述第一透镜431的延伸方向与对应的所述第二透镜432的延伸方向垂直设置。即，所述第一透镜431的曲面沿所述第一方向x弯曲，所述第二透镜432的曲面沿所述第三方向z弯曲。所述第一透镜431的对称轴与所述第二透镜432的对称轴之间的偏差小于0.1mm。优选地，在所述第二方向y上，每个所述第一透镜431的对称轴与所述第二透镜432的对称轴重叠设置。所述第一透镜431在所述第二方向y上的对称轴与所述第一对称轴a的偏差小于0.2mm。优选地，每个所述第一透镜431在所述第二方向y上的对称轴与所述发射器412的所述第一对称轴a重叠。同时，所述第二对称轴b作为相邻两个所述第一透镜431的对称轴。在本发明的至少一个实施方式中，如图4所示，所述第一透镜431和所述第二透镜432为柱面透镜。所述第二透镜432可与所述发射器412封装在一体。在所述第一方向x和所述第三方向z上，每个所述发射器412发射的所述感测光线依次经过对应的所述第二透镜432以及所述第一透镜431后为直线，使得所述感测光线在所述第一方向x以及所述第三方向z上均被准直。
46.如图5a所示，从所述第二方向y上看，每个所述发射器412发射的所述感测光线在依次经过所述第二透镜432和所述第一透镜431后进行发散，且在所述第一方向x和所述第三方向z上所述感测光线为直线。
47.如图5b所示，从所述第三方向z上看，每个所述发射器412发射的所述感测光线在依次经过所述第二透镜432和所述第一透镜431后进行发散，且在所述第一方向x和所述第三方向z上所述感测光线为直线。
48.从所述第一方向x或所述第三方向z上看，经所述透镜结构43出射的所述感测光线的发散角小于100毫弧度(mrad)。优选地，所述出射光线的发散角小于20mrad。相较于现有技术，从多个方向上对所述感测光线进行准直，可提高所述感测光线的出射长度。
49.所述滤光结构45用于滤除预定波长范围的杂散光。其中，所述预定波长范围可以为770至920纳米以及960至1200纳米。所述滤光结构45大致呈长条状，且沿所述第一方向x延伸。
50.所述输入终端装置1还可包光学组件60。所述光学组件60用于显示画面的光线进
行反射后并在所述输入终端装置1的上方形成空中影像。
51.所述输入终端装置1还可包括显示设备80。所述显示设备80用于显示图像。所述显示图像可通过所述光学组件60在所述输入终端装置1的上方中形成所述空中影像，以便用户实现空中触摸。在本发明的至少一个实施方式中，所述空中影像与所述输入感测区域a平行，且靠近所述输入终端装置1。
52.所述处理器20进一步地可根据所述定位感测器40a输出的所述光路图像定位遮挡物在所述输入感测区域a中的触摸位置。在本发明的至少一个实施方式中，所述遮挡物可以为手指、触控笔等等，但并不局限于此。
53.请一并参阅图6，其为第二实施方式之所述定位感测器40b的立体示意图。
54.所述定位感测器40b包括感测结构41、透镜结构43以及滤光结构45。所述透镜结构43以及所述滤光结构45沿所述感测结构41的出光方向上层叠设置。其中，所述透镜结构43夹设于所述滤光结构45和所述感测结构41之间。
55.所述感测结构41用于发射感测光线并将接收的所述反射光线转换为光路图像发送给所述处理器20。所述感测结构41包括多个发射器412以及多个接收器413。在第一方向x(水平方向)上，所述发射器412与所述接收器413以预定间隔交替设置在同一平面上。在本发明的至少一个实施方式中，所述预定间隔的范围为1至20mm。每个所述发射器412与相邻的一个所述接收器413构成一个感测对。所述发射器412用于发射所述感测光线。所述接收器413用于接收所述反射光线并形成所述光路图像。每个所述发射器412具有第一对称轴a，其为所述发射器412的中心。所述第一对称轴a与所述第一方向x垂直的第二方向y平行。在本发明的至少一个实施方式中，所述第二方向y为所述定位感测器40b的感测光线出射方向。每个所述接收器413具有第二对称轴b，其为所述接收器413的中心。所述第二对称轴b与所述第二方向y平行设置。
56.所述透镜结构43用于从所述第一方向x以及第三方向z上对所述感测光线进行准直后出射至所述滤光结构45。其中，所述第三方向z与所述第一方向x以及所述第二方向y垂直，且所述第一方向x和所述第三方向z定义了水平面。
57.所述透镜结构43包括多个第一透镜431。多个所述第一透镜431沿所述第一方向x排列，且位于所述滤光结构45和所述发射器412之间。在所述第二方向y上，每个所述第一透镜431下方对应设置有一个所述发射器412。在本发明的至少一个实施方式中，如图7所示，所述第一透镜431为球面透镜。在所述第一方向x和所述第三方向z上，每个所述发射器412发射的所述感测光线经过所述第一透镜431后为直线，且在所述第一方向x以及所述第三方向z上均被准直。所述第一透镜431在所述第二方向y上的对称轴与所述第一对称轴a的偏差小于0.2mm。优选地，每个所述第一透镜431在所述第二方向y上的对称轴与所述发射器412的第一对称轴a重叠。同时，所述第二对称轴b作为相邻两个所述第一透镜431的对称轴。
58.从所述第一方向x和所述第三方向z上看，经所述第一透镜431出射的所述感测光线的发散角小于100mrad。优选地，所述出射光线的发散角小于20mrad。
59.所述滤光结构45用于滤除预定波长范围的杂散光。其中，所述预定波长范围可以为770至920纳米以及960至1200纳米。
60.所述输入终端装置1还可包光学组件60。所述光学组件60用于显示画面的光线进行反射后并在所述输入终端装置1的上方形成空中影像。
61.所述输入终端装置1还可包括显示设备80。所述显示设备80用于显示图像。所述显示图像可通过所述光学组件60在所述输入终端装置1的上方中形成所述空中影像，以便用户实现空中触摸。在本发明的至少一个实施方式中，所述空中影像与所述输入感测区域a平行，且靠近所述输入终端装置1。
62.所述处理器20进一步地可根据所述定位感测器40b输出的所述光路图像定位遮挡物在所述输入感测区域a中的触摸位置。在本发明的至少一个实施方式中，所述遮挡物可以为手指、触控笔等等，但并不局限于此。
63.上述所述定位感测器40以及输入终端装置1，通过从两个方向上对感测光线进行准直，所述感测光线的出射长度得到了提升，进而提高所述定位感测器40的感测范围以及交互距离，提高了所述输入终端装置的感测精度。
64.以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

技术特征：
1.一种定位感测器，应用于可形成全息影像的输入终端装置中；所述定位感测器形成输入感测区域并感测用户在所述输入感测区域内的操作；所述定位感测器包括感测结构、透镜结构以及滤光结构；所述透镜结构以及所述滤光结构沿所述感测结构的出光方向上层叠设置，且所述透镜结构位于所述滤光结构和所述感测结构之间；所述感测结构用于发出感测光线；所述感测结构包括多个发射器以及多个接收器；在第一方向上，所述发射器与所述接收器以预定间隔交替设置在同一平面上；所述发射器发出的感测光线沿第二方向出射，所述第二方向与所述第一方向垂直；其特征在于，所述透镜结构从所述第一方向以及第三方向上对所述感测光线进行准直后出射至所述滤光结构；所述第三方向同时与所述第一方向和所述第二方向垂直。2.如权利要求1所述的定位感测器，其特征在于，从所述第一方向以及所述第三方向上看，经所述透镜结构出射的所述感测光线的发散角均小于100毫弧度。3.如权利要求1所述的定位感测器，其特征在于，从所述第一方向以及所述第三方向上看，经所述透镜结构出射的所述感测光线的发散角均小于20毫弧度。4.如权利要求1所述的定位感测器，其特征在于，所述透镜结构包括多个第一透镜和多个第二透镜；在所述第二方向上，每个所述第一透镜下方对应设置有一个所述第二透镜以及一个所述发射器；每个所述发射器发射的所述感测光线依次经过对应所述第二透镜以及所述第一透镜；从所述第二方向上看，所述第一透镜的延伸方向与所述第一透镜的延伸方向垂直。5.如权利要求4所述的定位感测器，其特征在于，所述第一透镜的对称轴与所述第二透镜的对称轴之间的偏差小于0.1mm。6.如权利要求4所述的定位感测器，其特征在于，在所述第二方向上，每个所述发射器具有第一对称轴，每个所述接收器具有第二对称轴；每个所述第一透镜在所述第二方向上的对称轴与所述第一对称轴重叠；相邻两个所述第一透镜以所述第二对称轴对称设置。7.如权利要求4所述的定位感测器，其特征在于，所述第一透镜和所述第二透镜均为柱面透镜。8.如权利要求4所述的定位感测器，其特征在于，所述第二透镜可与所述发射器封装为一体。9.如权利要求1所述的定位感测器，其特征在于，所述透镜结构包括多个第一透镜；所述发射器具有第一对称轴；所述第一透镜从所述第一方向以及所述第三方向上对所述感测光线进行准直后出射至所述滤光结构；每个所述第一透镜对应一个所述发射器；所述第一透镜在所述第二方向上的对称轴与所述第一对称轴重叠；所述第一透镜为球面透镜。10.一种输入终端装置，包括存储器、处理器以及定位感测器；其中，所述定位感测器采用如权利要求1至9中任意一项所述的定位感测器。

技术总结
一种定位感测器及输入终端装置，该定位感测器形成输入感测区域并感测用户在输入感测区域内的操作。定位感测器包括感测结构、透镜结构及滤光结构。透镜结构及滤光结构沿感测结构的出光方向上层叠设置，且透镜结构位于滤光结构和感测结构之间。感测结构用于发出感测光线。感测结构包括多个发射器以及多个接收器。在第一方向上，发射器与接收器以预定间隔交替设置在同一平面上。发射器发出的感测光线沿第二方向出射，第二方向与第一方向垂直。所述透镜结构从所述第一方向以及第三方向上对感测光线进行准直后出射至所述滤光结构。第三方向同时与第一方向和第二方向垂直。同时与第一方向和第二方向垂直。同时与第一方向和第二方向垂直。


技术研发人员：刘鸿 范超 韩东成
受保护的技术使用者：安徽省东超科技有限公司
技术研发日：2022.03.14
技术公布日：2023/9/22