專利名稱：觸摸屏信號(hào)處理的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及觸摸感應(yīng)屏，尤其涉及通過(guò)使用信號(hào)處理，光學(xué)探測(cè)物體的存在。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有技術(shù)的觸摸屏具有五種主要形式。觸摸屏輸入器件的這五種形式包括電阻式、電容式、表面聲波(SAW)式、紅外(IR)式、以及光學(xué)式。每一種觸摸屏類型都有其自身特性、優(yōu)勢(shì)和劣勢(shì)。
電阻式為觸摸屏技術(shù)中最常用的類型。它是在許多觸摸屏應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)的低成本解決方案，其中觸摸屏應(yīng)用包括手持計(jì)算機(jī)、PDA、消費(fèi)電子產(chǎn)品、以及零售點(diǎn)應(yīng)用。電阻式觸摸屏使用控制器和顯示面上的特定涂附玻璃覆層，形成觸摸連接。電阻式覆層的主要類型為4線、5線、以及8線。5線和8線技術(shù)對(duì)于制造和校準(zhǔn)來(lái)說(shuō)是更昂貴的，而四線提供更低的圖像清晰度。通常給出兩個(gè)選擇拋光或防炫光。拋光提供清晰圖像，但通常引入炫光。防炫光使炫光最小化，但也將會(huì)進(jìn)一步使光發(fā)散，從而降低清晰度。使用電阻式顯示器的一個(gè)好處是可以通過(guò)手指(戴手套或不戴手套)、鋼筆、觸針、或硬物來(lái)使用它。然而，由于電阻膜層造成的圖像清晰度的下降，以及其對(duì)刮擦的敏感性，電阻式顯示器在公共環(huán)境中的效率更低。不管在商業(yè)上如何(trade-off)，因?yàn)橄鄬?duì)較低的價(jià)格(更小的屏幕尺寸)，以及利用一系列輸入裝置(手指、手套、硬質(zhì)和軟質(zhì)觸針)的能力，電阻式屏幕是最普及的技術(shù)。
電容式觸摸屏是全玻璃的，為使用在ATM以及類似書(shū)報(bào)亭等的類型應(yīng)用而設(shè)計(jì)。電路位于屏幕的邊角，小電量在屏幕中流轉(zhuǎn)，測(cè)量接觸覆層的人的電容。對(duì)屏幕的接觸中斷電流，并激活運(yùn)行書(shū)報(bào)亭的軟件。因?yàn)榭梢悦芊獠ＡШ蛯⑵溲b配在監(jiān)視器上的玻璃框，所以觸摸屏是耐用的，而且防水、防土和防塵。這使它通常使用在更苛刻的環(huán)境中，像游戲、販賣零售顯示、公共書(shū)報(bào)亭以及工業(yè)應(yīng)用。然而，只能通過(guò)人的手指和戴手套的手指的觸摸來(lái)激活電容式觸摸屏，鋼筆、觸針或硬物是不起作用的。因此，在許多應(yīng)用中，包括醫(yī)療和食物準(zhǔn)備，是不適合使用它的。
表面聲波(SAW)式技術(shù)提供更好的圖像清晰度，因?yàn)樗褂萌ＡЫY(jié)構(gòu)。SAW觸摸屏使用玻璃顯示器覆層。聲波在顯示表面?zhèn)鞑?。通過(guò)沿覆層邊緣的反射器陣列的反射，每一聲波傳播通過(guò)屏幕。兩個(gè)接收器探測(cè)聲波。當(dāng)用戶接觸玻璃表面時(shí)，用戶的手指吸收一定能量的聲波，控制器電路測(cè)量接觸位置。SAW觸摸屏技術(shù)用于ATM、游樂(lè)園、銀行和金融應(yīng)用以及書(shū)報(bào)亭。該技術(shù)不能固定密封，并因此不適用于許多工業(yè)和商業(yè)應(yīng)用。比較電阻和電容式技術(shù)，它提供較高的圖像清晰度、分辨率、以及更高的光透射性。
紅外式技術(shù)依賴于在顯示屏前對(duì)紅外光柵格的中斷。觸摸框架或光矩陣框架包含一排紅外LED和光電晶體管；每個(gè)裝配在兩個(gè)相對(duì)面上，以生成不可見(jiàn)的紅外光柵格?？蚣芙M件包括印刷線路板，其中光電器件裝配在線路板上，且框架集合隱藏在紅外透明玻璃框之后。玻璃框保護(hù)光電器件免受操作環(huán)境的影響，同時(shí)允許紅外光束通過(guò)。紅外控制器連續(xù)脈動(dòng)LED產(chǎn)生紅外光束柵格。當(dāng)觸針，例如手指進(jìn)入柵格時(shí)，它就遮擋了光束。一個(gè)或多個(gè)光電晶體管探測(cè)到?jīng)]有光，并發(fā)射識(shí)別x和y坐標(biāo)的信號(hào)。紅外式觸摸屏經(jīng)常用于制造和醫(yī)療應(yīng)用，因?yàn)樗鼈兛梢酝耆芊猓⑹褂萌魏螖?shù)量的硬質(zhì)或軟質(zhì)物體來(lái)操作。紅外式的主要問(wèn)題是觸摸框架是輕微地“坐”在屏幕之上的。因此，在手指或觸針實(shí)際接觸到屏幕之前，它易受“過(guò)早激活”的影響。制造紅外玻璃框的成本也是相當(dāng)高的。
觸摸屏的光學(xué)成像使用線掃描相機(jī)、數(shù)字信號(hào)處理、前向或后向照明以及算法的組合，來(lái)確定觸點(diǎn)。通過(guò)沿顯示表面掃描，成像透鏡對(duì)用戶的手指、觸針或物體成像。由于移動(dòng)的陰影和亮光，這種觸摸屏類型易受誤讀取的影響，同時(shí)要求在進(jìn)行讀取前觸摸屏幕。已經(jīng)做出嘗試去克服這些劣勢(shì)。使用光學(xué)成像技術(shù)的觸摸屏在以下出版物中公開(kāi)。
使用數(shù)字環(huán)境光采樣的觸摸屏在US4943806中公開(kāi)，具體地，該專利公開(kāi)了一種觸摸輸入器件，可以持續(xù)采樣和存儲(chǔ)環(huán)境光讀取信息，并與先前進(jìn)行的讀取進(jìn)行比較。這樣使亮光和陰影的效果最小化。
與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)共同使用的觸摸屏在US5914709中公開(kāi)。具體地，公開(kāi)了使用閾值調(diào)整處理，對(duì)觸摸敏感的用戶輸入器件。讀取光強(qiáng)值，并建立“開(kāi)”閾值，頻繁且周期性地執(zhí)行該閾值測(cè)量與調(diào)整。
美國(guó)專利號(hào)5317140專利公開(kāi)一種方法，用于光學(xué)確定觸摸屏顯示器上物體的位置和方向。具體地，散射體置于光源之上，產(chǎn)生觸摸屏上的平均光強(qiáng)。
美國(guó)專利號(hào)5698845公開(kāi)一種觸摸屏顯示器，使用光探測(cè)裝置，以兩倍的商用AC線光源頻率，調(diào)制光發(fā)射器的開(kāi)/關(guān)頻率。接收器確定存在的光，并與透射的實(shí)際信號(hào)比較。
美國(guó)專利號(hào)4782328公開(kāi)一種觸摸屏，使用光傳感器單元，置于觸摸屏上方的預(yù)定高度處，并且當(dāng)指示物接近觸摸屏?xí)r，其反射或遮蔽的環(huán)境光束使得其被感知到。
美國(guó)專利號(hào)4868551公開(kāi)一種觸摸屏，通過(guò)探測(cè)指示物反射回來(lái)的光(反射或散射)，可以探測(cè)接近顯示器表面的指示物。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)目標(biāo)是提供一種觸摸敏感屏幕，用于以某種方式克服所述劣勢(shì)，或至少向公眾提供有益的選擇。
依照本發(fā)明第一個(gè)方面，可以廣義地認(rèn)為本發(fā)明在于一種觸摸顯示器，其中該觸摸顯示器包括讓用戶在其上或其中觸摸并觀看圖像的屏幕；在所述屏幕的一個(gè)或多個(gè)邊緣處的光源，所述光源指引光線橫跨所述屏幕的表面；至少兩個(gè)具有輸出信號(hào)的相機(jī)，所述每個(gè)相機(jī)位于所述屏幕的外圍，對(duì)所述屏幕之前的空間成像，所述輸出信號(hào)包括掃描圖像；處理所述輸出信號(hào)以探測(cè)光的等級(jí)的裝置，所述光包括
所述光源發(fā)出的直接光，和/或從所述光源反射的光；接收所述相機(jī)處理過(guò)的輸出信號(hào)的處理器，所述處理器利用三角測(cè)量技術(shù)以及所述已處理的輸出信號(hào)，確定已處理的輸出信號(hào)是否指明接近所述屏幕的物體的存在，而且如果是肯定的話，確定所述物體的位置。
優(yōu)選為所述已處理的輸出信號(hào)指明假定的物體位置相對(duì)于所述相機(jī)的相對(duì)方位。
優(yōu)選為所述已處理的輸出信號(hào)指明假定的物體位置相對(duì)于所述相機(jī)的透鏡中心的相對(duì)方位。
優(yōu)選為所述處理器以平面屏幕坐標(biāo)確定所述物體的位置。
優(yōu)選為所述光源在所述屏幕之后，被安排用于將光投射通過(guò)所述屏幕，而所述顯示器包括，在每個(gè)邊緣具有光源，在所述屏幕之前的光反射器，指引所述光源發(fā)射的光通過(guò)所述屏幕的表面。
優(yōu)選為所述相機(jī)為線掃描相機(jī)，所述相機(jī)輸出信號(hào)包括掃描行上的信息，而所述處理器使用所述信息確定所述物體的位置。
優(yōu)選為所述觸摸顯示器包括調(diào)制所述光源發(fā)出的所述光線的裝置，提供在所述相機(jī)的可成像范圍內(nèi)的頻帶；排除所述頻帶之外的圖像數(shù)據(jù)的裝置。
優(yōu)選為所述用于處理所述輸出信號(hào)的裝置包括所述排除所述頻帶之外的圖像數(shù)據(jù)的裝置，而所述排除所述頻帶之外的圖像數(shù)據(jù)的裝置包括濾波功能。
優(yōu)選為所述濾波功能包括應(yīng)用從以下集合中選擇的濾波器，該集合包括梳狀濾波器；高通濾波器；陷波濾波器；以及帶通濾波器。
優(yōu)選為所述觸摸顯示器包括
控制所述光源的裝置；以及獲得和處理圖像的裝置，其中該圖像在非發(fā)光的環(huán)境光狀態(tài)以及發(fā)光狀態(tài)獲得；其中在探測(cè)光的等級(jí)之前，所述處理所述輸出信號(hào)的裝置從發(fā)光狀態(tài)中減去環(huán)境光狀態(tài)。
優(yōu)選為所述光源為L(zhǎng)ED，而所述觸摸顯示器包括控制所述光源的部分工作的裝置，其中光源的該部分獨(dú)立于所述光源其他部分。
優(yōu)選為控制所述光源的部分工作的裝置包括獨(dú)立控制所述光源的有效強(qiáng)度的裝置。
優(yōu)選為所述控制所述光源的部分的裝置包括對(duì)所述部分反相布線，并使用橋式驅(qū)動(dòng)器來(lái)驅(qū)動(dòng)。
優(yōu)選為控制所述光源的部分的裝置包括使用對(duì)角橋式驅(qū)動(dòng)器。
優(yōu)選為控制所述光源的部分的裝置包括為被控制的每個(gè)部分使用移位寄存器。
優(yōu)選為所述獲得和處理圖像的裝置包括控制所述光源的部分和所述每個(gè)相機(jī)，而所述處理所述輸出信號(hào)的裝置包括處理信息，確定所述部分是照亮發(fā)光的還是未發(fā)光的。
優(yōu)選為接收?qǐng)D像時(shí)，某些部分是發(fā)光的，而其他是不發(fā)光的。
依照本發(fā)明第二個(gè)方面，可以廣義地認(rèn)為本發(fā)明在于觸摸顯示器，其中該觸摸顯示器包括讓用戶在其上或其中觸摸并觀看圖像的屏幕；在所述屏幕的一個(gè)或多個(gè)邊緣處的光源，所述光源指引光線橫跨所述屏幕的表面；至少兩個(gè)位于所述屏幕外圍、具有輸出信號(hào)的相機(jī)，定位所述相機(jī)，使得其不接收所述光源發(fā)出的直接光，所述每個(gè)相機(jī)對(duì)所述屏幕之前的空間成像，所述輸出信號(hào)包括掃描圖像；處理所述輸出信號(hào)以探測(cè)反射光的等級(jí)的裝置；以及接收所述相機(jī)處理過(guò)的輸出信號(hào)的處理器，所述處理器利用三角測(cè)量技術(shù)以及所述已處理的輸出信號(hào)，確定已處理的輸出信號(hào)是否指明接近所述屏幕的物體的存在，而且如果是肯定的話，指明所述物體的位置。
優(yōu)選為所述已處理的輸出信號(hào)指明假定的物體位置相對(duì)于所述相機(jī)的相對(duì)方位。
優(yōu)選為所述已處理的輸出信號(hào)指明假定的物體位置相對(duì)于所述相機(jī)的透鏡中心的相對(duì)方位。
優(yōu)選為所述處理器以平面屏幕坐標(biāo)確定所述物體的位置。
優(yōu)選為所述觸摸顯示器包括調(diào)制所述光源發(fā)出的所述光線的裝置，提供在所述相機(jī)的可成像范圍內(nèi)的頻帶；排除所述頻帶之外的圖像數(shù)據(jù)的裝置。
優(yōu)選為所述用于處理所述輸出信號(hào)的裝置包括所述排除所述頻帶之外的圖像數(shù)據(jù)的裝置，而所述排除所述頻帶之外的圖像數(shù)據(jù)的裝置包括濾波功能。
優(yōu)選為所述濾波功能包括應(yīng)用從以下集合中選擇的濾波器，該集合包括梳狀濾波器；高通濾波器；陷波濾波器；以及帶通濾波器。
優(yōu)選為所述觸摸顯示器包括控制所述光源的裝置；以及獲得和處理圖像的裝置，其中該圖像在非發(fā)光的環(huán)境光狀態(tài)以及發(fā)光狀態(tài)獲得；其中在探測(cè)光的等級(jí)之前，所述處理所述輸出信號(hào)的裝置從發(fā)光狀態(tài)中減去環(huán)境光狀態(tài)。
優(yōu)選為所述光源為L(zhǎng)ED，而所述觸摸顯示器包括控制所述光源的部分工作的裝置，其中該部分獨(dú)立于所述光源其他部分。
優(yōu)選為控制所述光源的部分工作的裝置包括獨(dú)立控制所述光源的有效強(qiáng)度的裝置。
優(yōu)選為控制所述光源的部分的裝置包括對(duì)所述部分反相布線，并使用橋式驅(qū)動(dòng)器來(lái)驅(qū)動(dòng)。
優(yōu)選為控制所述光源部分的裝置包括使用對(duì)角橋式驅(qū)動(dòng)器。
優(yōu)選為控制所述光源的部分的裝置包括使用對(duì)角橋式驅(qū)動(dòng)器。
優(yōu)選為控制所述光源的部分的裝置包括為被控制的每個(gè)部分使用移位寄存器。
優(yōu)選為所述獲得和處理圖像的裝置包括控制所述光源的部分和所述每個(gè)相機(jī)，而所述處理所述輸出信號(hào)的裝置包括處理信息，確定所述部分是發(fā)光的還是不發(fā)光的。
優(yōu)選為獲得圖像時(shí)，某些部分是發(fā)光的，而其他是不發(fā)光的。
優(yōu)選為所述屏幕是反射式的，所述相機(jī)進(jìn)一步對(duì)所述屏幕成像，而所述處理輸出信號(hào)的裝置從鏡像中探測(cè)光的等級(jí)。
優(yōu)選為所述已處理的輸出信號(hào)指明假定的物體相對(duì)于所述相機(jī)的相對(duì)方位以及所述物體與所述屏幕之間的距離。
依照本發(fā)明第三個(gè)方面，可以廣義地認(rèn)為本發(fā)明在于一種接收關(guān)于圖像的用戶輸入信號(hào)的方法，其中該方法包括以下步驟提供讓用戶在其上或其中觸摸并觀看圖像的屏幕；在所述屏幕的一個(gè)或多個(gè)邊緣處提供光源，所述光源指引光線通過(guò)所述屏幕的表面；提供至少兩個(gè)具有輸出信號(hào)的相機(jī)，所述每個(gè)相機(jī)位于所述屏幕的外圍，對(duì)所述屏幕之前的空間成像，所述輸出信號(hào)包括掃描圖像；處理所述輸出信號(hào)，探測(cè)光的等級(jí)，所述光包括所述光源發(fā)出的直接光，和/或所述光源發(fā)出的反射光；處理所述相機(jī)處理過(guò)的輸出信號(hào)，利用三角測(cè)量技術(shù)獲得所述物體的位置。
優(yōu)選為所述已處理的輸出信號(hào)指明假定的物體位置相對(duì)于所述相機(jī)的相對(duì)方位。
優(yōu)選為所述已處理的輸出信號(hào)指明假定的物體位置相對(duì)于所述相機(jī)的透鏡中心的相對(duì)方位。
優(yōu)選為所述位置是平面屏幕坐標(biāo)。
優(yōu)選為所述光源在所述屏幕之后，被安排用于將光投射通過(guò)所述屏幕，而所述顯示器包括，在每個(gè)邊緣具有光源，在所述屏幕之前的光反射器，指引所述光源發(fā)射的光橫跨所述屏幕的表面。
優(yōu)選為所述相機(jī)為線掃描相機(jī)，所述相機(jī)輸出信號(hào)包括掃描行上的信息，而所述處理器使用所述信息確定所述物體的位置。
優(yōu)選為所述方法包括以下步驟調(diào)制所述光源發(fā)出的所述光線的裝置，提供在所述相機(jī)的可成像范圍內(nèi)的頻帶；排除所述頻帶之外的圖像數(shù)據(jù)的裝置。
優(yōu)選為處理所述輸出信號(hào)的步驟包括排除所述頻帶之外的圖像數(shù)據(jù)的步驟，而所述排除所述頻帶之外的圖像數(shù)據(jù)的步驟包括濾波。
優(yōu)選為所述濾波包括應(yīng)用從以下集合中選擇的濾波器的步驟，該集合包括梳狀濾波器；高通濾波器；陷波濾波器；以及帶通濾波器。
優(yōu)選為所述方法包括以下步驟控制所述光源，以及獲得和處理圖像，其中該圖像在非發(fā)光的環(huán)境光狀態(tài)以及發(fā)光狀態(tài)獲得；其中在探測(cè)光的等級(jí)之前，所述處理所述輸出信號(hào)的步驟從發(fā)光狀態(tài)中減去環(huán)境光狀態(tài)。
優(yōu)選為所述光源為L(zhǎng)ED，而所述觸摸顯示器包括控制所述光源的部分工作的裝置，其中該部分獨(dú)立于所述光源其他部分。
優(yōu)選為控制所述光源的部分工作的步驟包括獨(dú)立控制所述光源的有效強(qiáng)度。
優(yōu)選為所述控制所述光源的部分的步驟包括對(duì)所述部分反相布線，并使用橋式驅(qū)動(dòng)器來(lái)驅(qū)動(dòng)。
優(yōu)選為控制所述光源的部分的步驟包括使用對(duì)角橋式驅(qū)動(dòng)器。
優(yōu)選為控制所述光源的部分的步驟包括為被控制的每個(gè)部分使用移位寄存器。
優(yōu)選為所述接收和處理圖像的步驟包括控制所述光源的部分和所述每個(gè)相機(jī)，而所述處理所述輸出信號(hào)的步驟包括處理信息，確定所述部分是發(fā)光的還是不發(fā)光的。
優(yōu)選為獲得圖像時(shí)，某些部分是發(fā)光的，而其他是不發(fā)光的。
依照本發(fā)明第四個(gè)方面，可以廣義地認(rèn)為本發(fā)明在于一種接收關(guān)于圖像的用戶輸入信號(hào)的方法，其中該方法包括以下步驟提供讓用戶在其上或其中觸摸并觀看圖像的屏幕；在所述屏幕的一個(gè)或多個(gè)邊緣處提供光源，所述光源指引光線通過(guò)所述屏幕的表面；提供至少兩個(gè)位于所述屏幕外圍、具有輸出信號(hào)的相機(jī)，定位所述相機(jī)，使得其不接收所述光源發(fā)出的直接光，對(duì)所述屏幕之前的空間成像，所述輸出信號(hào)包括掃描圖像；處理所述輸出信號(hào)以探測(cè)反射光的等級(jí)的裝置；以及處理所述相機(jī)處理過(guò)的輸出信號(hào)，利用三角測(cè)量技術(shù)以及所述已處理的輸出信號(hào)，確定已處理的輸出信號(hào)是否指明接近所述屏幕的物體的存在，而且如果是肯定的話，指明所述物體的位置。
優(yōu)選為所述已處理的輸出信號(hào)指明假定的物體位置相對(duì)于所述相機(jī)的相對(duì)方位。
優(yōu)選為所述已處理的輸出信號(hào)指明假定的物體位置相對(duì)于所述相機(jī)的透鏡中心的相對(duì)方位。
優(yōu)選為所述處理器以平面屏幕坐標(biāo)確定所述物體的位置。
優(yōu)選為所述方法包括調(diào)制所述光源發(fā)出的所述光線的裝置，提供在所述相機(jī)的可成像范圍內(nèi)的頻帶；排除所述頻帶之外的圖像數(shù)據(jù)的裝置。
優(yōu)選為所述用于處理所述輸出信號(hào)的裝置包括所述排除所述頻帶之外的圖像數(shù)據(jù)的裝置，而所述排除所述頻帶之外的圖像數(shù)據(jù)的裝置包括濾波。
優(yōu)選為所述濾波包括應(yīng)用從以下集合中選擇的濾波器，該集合包括梳狀濾波器；高通濾波器；陷波濾波器；以及帶通濾波器。
優(yōu)選為所述方法包括控制所述光源的裝置；以及獲得和處理圖像的裝置，其中該圖像在非發(fā)光的環(huán)境光狀態(tài)以及發(fā)光狀態(tài)獲得；其中在探測(cè)光的等級(jí)之前，所述處理所述輸出信號(hào)的裝置從發(fā)光狀態(tài)中減去環(huán)境光狀態(tài)。
優(yōu)選為所述光源為L(zhǎng)ED，而所述觸摸顯示器包括控制所述光源的部分工作的裝置，其中該部分獨(dú)立于所述光源其他部分。
優(yōu)選為控制所述光源的部分工作的裝置包括獨(dú)立控制所述光源的有效強(qiáng)度的裝置。
優(yōu)選為控制所述光源的部分的裝置包括對(duì)所述部分反相布線，并使用橋式驅(qū)動(dòng)器來(lái)驅(qū)動(dòng)。
優(yōu)選為控制所述光源的部分的裝置包括使用對(duì)角橋式驅(qū)動(dòng)器。
優(yōu)選為控制所述光源的部分的裝置包括為被控制的每個(gè)部分使用移位寄存器。
優(yōu)選為所述獲得和處理圖像的裝置包括控制所述光源部分和所述每個(gè)相機(jī)，而所述處理所述輸出信號(hào)的裝置包括處理信息，確定所述部分是發(fā)光的還是不發(fā)光的。
優(yōu)選為獲得圖像時(shí)，某些部分是發(fā)光的，而其他是不發(fā)光的。
優(yōu)選為所述屏幕是反射式的，所述相機(jī)進(jìn)一步對(duì)所述屏幕成像，而所述處理輸出信號(hào)的裝置從鏡像中探測(cè)光的等級(jí)。
優(yōu)選為所述已處理的輸出信號(hào)指明假定的物體相對(duì)于所述相機(jī)的相對(duì)方位以及所述物體與所述屏幕之間的距離。
依照本發(fā)明第五個(gè)方面，可以廣義地認(rèn)為本發(fā)明在于一種接收關(guān)于圖像的用戶輸入信號(hào)的方法在所述圖像外圍或附近提供至少一個(gè)光源，所述光源指引光線通過(guò)所述圖像；在所述圖像外圍或附近的至少兩個(gè)位置探測(cè)光的等級(jí)，并提供所述等級(jí)作為輸出信號(hào)；利用三角測(cè)量技術(shù)處理所述輸出信號(hào)，確定所述輸出信號(hào)是否指明接近所述圖像的物體的存在，而且如果是肯定的話，指明所述物體的位置。
優(yōu)選為所述位置基本上為非相對(duì)的，使得當(dāng)存在物體時(shí)，所述輸出信號(hào)基本上指明所述物體的反射光。
依照本發(fā)明第六個(gè)方面，可以廣義地認(rèn)為本發(fā)明在于一種關(guān)于圖像的、用于定位物體的用戶輸入器件，包括至少一個(gè)光源，位于所述圖像外圍或其附近，所述光源指引光線通過(guò)所述圖像；在一個(gè)具有輸出的探測(cè)器處，所述探測(cè)器位于所述圖像處或其附近，對(duì)所述屏幕之前的空間成像，所述輸出信號(hào)指明光的等級(jí)；接收所述輸出信號(hào)并使用三角測(cè)量技術(shù)的處理器，而所述輸出信號(hào)確定所述物體的存在，而且如果存在，指明所述物體的位置。
附圖簡(jiǎn)述現(xiàn)在將參考附圖描述本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選形式；

圖1為本發(fā)明觸摸屏的優(yōu)選實(shí)施例的正視圖的圖形說(shuō)明，圖1a為沿圖1中X-X線剖開(kāi)的橫截面圖的圖解，圖1b為本發(fā)明觸摸屏的優(yōu)選實(shí)施例的前向照明的圖解，圖2為本發(fā)明觸摸屏的優(yōu)選實(shí)施例的鏡像效果的圖解，圖2a為本發(fā)明觸摸屏的優(yōu)選實(shí)施例的濾波實(shí)施的方框圖，圖2b為本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例中，通過(guò)面相機(jī)拍攝的、并傳輸?shù)教幚砟K的像素的圖形說(shuō)明，圖3為本發(fā)明觸摸屏的優(yōu)選實(shí)施例的系統(tǒng)方框圖，圖4為本發(fā)明觸摸屏的優(yōu)選實(shí)施例中，使用鏡像信號(hào)確定物體位置的側(cè)視圖，圖4a為本發(fā)明觸摸屏的優(yōu)選實(shí)施例中，使用鏡像信號(hào)確定物體位置的頂視圖，圖5為本發(fā)明觸摸屏的優(yōu)選實(shí)施例中的校準(zhǔn)方法的圖解，圖6為本發(fā)明觸摸屏的優(yōu)選實(shí)施例中，在頻域內(nèi)，表征處理模塊中成像器的輸出信號(hào)的曲線圖，圖6a為本發(fā)明觸摸屏的優(yōu)選實(shí)施例中，在頻域內(nèi)，表征濾波器響應(yīng)成像器的輸出信號(hào)的曲線圖，圖6b為本發(fā)明觸摸屏的優(yōu)選實(shí)施例中，在頻域內(nèi)，經(jīng)過(guò)兩種類型的濾波之后，表征物體與背景的分離的曲線圖，圖7為本發(fā)明觸摸屏的可選實(shí)施例的正視圖的圖解，圖7a為本發(fā)明觸摸屏的可選實(shí)施例中沿X-X線剖開(kāi)的橫截面圖的圖解，圖7b為本發(fā)明觸摸屏的可選實(shí)施例的后向照明的圖解，圖7c為控制本發(fā)明可選實(shí)施例的感應(yīng)高度的后向照明的圖解，圖7d為本發(fā)明可選實(shí)施例中，通過(guò)線掃描相機(jī)拍攝的、并傳輸?shù)教幚砟K的像素的圖形說(shuō)明，圖8為本發(fā)明可選實(shí)施例中，表征物體與背景的簡(jiǎn)單分離的曲線圖，圖9示出用于本發(fā)明的局部的背向照明中的不同驅(qū)動(dòng)安排，圖9a示出本發(fā)明中由兩條線路驅(qū)動(dòng)的兩段背光，圖9b示出本發(fā)明中由四條線路驅(qū)動(dòng)的十二段背光，以及圖9c示出本發(fā)明中分布式移位寄存器背光的一個(gè)例子。
發(fā)明詳述本發(fā)明涉及光學(xué)成像觸摸屏領(lǐng)域內(nèi)對(duì)信號(hào)處理的改進(jìn)。在優(yōu)選實(shí)施例中，光學(xué)觸摸屏使用前向照明，并且由屏幕、一系列光源、以及至少兩個(gè)面掃描相機(jī)組成，其中相機(jī)置于相同平面內(nèi)，并置于屏幕的邊緣。在另一個(gè)實(shí)施例中，光學(xué)觸摸屏使用背向照明；屏幕被置于觸摸面板之后的光源陣列所環(huán)繞，其中改變這些光源的方向，使其橫跨屏幕的表面。在相同平面內(nèi)使用至少兩個(gè)線掃描相機(jī)，作為觸摸屏面板。這些實(shí)施所產(chǎn)生的對(duì)信號(hào)處理的改進(jìn)在于當(dāng)物體緊密接近觸摸屏表面時(shí)，可以感知到物體，校準(zhǔn)比較簡(jiǎn)單，而通過(guò)改變環(huán)境光條件，例如移動(dòng)光線或陰影，不會(huì)影響對(duì)物體的感知。
常規(guī)觸摸屏系統(tǒng)1的方框圖示于圖3。信息從相機(jī)6流向視頻處理單元以及計(jì)算機(jī)，共同被稱為處理模塊10。處理模塊10執(zhí)行許多類型的計(jì)算，包括濾波、數(shù)據(jù)采樣、以及三角測(cè)量，并控制照明源4的調(diào)制。
前向照明觸摸屏本發(fā)明觸摸屏的優(yōu)選實(shí)施例示于圖1。觸摸屏系統(tǒng)1由監(jiān)視器2、觸摸屏面板3、至少兩個(gè)光源4、處理模塊(未示出)以及至少兩個(gè)面掃描相機(jī)6組成。向用戶顯示信息的監(jiān)視器2位于觸摸屏面板3之后。在觸摸屏面板3和監(jiān)視器2之下是面掃描相機(jī)6和光源4。光源4優(yōu)選為發(fā)光二極管(LED)，但可以是另一種類型的光源，例如，熒光管。因?yàn)榭梢园匆蟮卣{(diào)制，所以可以理想地使用LED，它們沒(méi)有內(nèi)在的轉(zhuǎn)換頻率。相機(jī)6和LED 4位于與觸摸面板3相同的平面上。
參考圖1a，面掃描相機(jī)6的視場(chǎng)6a以及LED 4的輻射路徑4a位于相同平面內(nèi)，并與觸摸面板3平行。當(dāng)物體7，顯示為手指，進(jìn)入輻射路徑4a時(shí)，它被輻照。這被典型地認(rèn)為是前向面板照明或物體照明。在圖1b中，再次闡明該原則。一旦手指7進(jìn)入輻射場(chǎng)4a，信號(hào)就反射回相機(jī)6。這表明手指7接近或接觸到觸摸面板3。為了確定手指7是否實(shí)際接觸到觸摸面板3，必須確定觸摸面板3的位置。使用另一個(gè)信號(hào)，鏡像信號(hào)執(zhí)行這一步。
鏡像信號(hào)當(dāng)物體7接近觸摸面板3時(shí)產(chǎn)生鏡像信號(hào)。優(yōu)選為觸摸面板3由具有反射特性的玻璃制成。如圖2所示，手指7以距離8位于觸摸面板3以上，而且在觸摸面板3中的鏡像為7a。相機(jī)6(僅示為相機(jī)透鏡)對(duì)手指7及其反射像7a成像。手指7的圖像在面板3中反射為7a；這可以通過(guò)視場(chǎng)線6b、6c和虛視場(chǎng)線6d觀察到。這允許相機(jī)6對(duì)手指7的反射像7a成像。相機(jī)6產(chǎn)生的數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)于視場(chǎng)線6e、6b進(jìn)入相機(jī)6的位置。該數(shù)據(jù)隨后進(jìn)入處理模塊10用于分析。
處理模塊10的一個(gè)部分示于圖2a。在處理模塊10內(nèi)是一系列以軟件實(shí)現(xiàn)的掃描成像器13，以及數(shù)字濾波器11，以及比較器12。觸摸面板上存在固定數(shù)量的像素，例如30,000像素。這些可以分解為100列的300個(gè)像素。像素?cái)?shù)量可以多于或少于使用的數(shù)量，該數(shù)量?jī)H用于示例。在此情況下，存在30,000個(gè)數(shù)字濾波器11和比較器12，分到100列的300像素中，這形成一個(gè)矩陣，類似于監(jiān)視器2上的像素形成的矩陣。圖2a示出對(duì)一列的表示，通過(guò)一個(gè)圖像掃描器13和數(shù)字濾波器11和比較器12組成的三個(gè)組14a、14b、14c來(lái)實(shí)現(xiàn)，這允許讀取三個(gè)像素中的信息。該矩陣的一個(gè)更具說(shuō)明性的實(shí)例示于圖2b。八個(gè)像素3a-3h以列的集群與圖像掃描器13相連，隨后該圖像掃描器與濾波器11和比較器12相連(作為處理模塊10的一部分)。圖2b中使用的數(shù)目?jī)H用于舉例說(shuō)明；像素的準(zhǔn)確數(shù)量可以大于或小于該數(shù)量。圖解中示出的像素可以不形成面板3中的形狀，它們的形狀將由所使用的相機(jī)6的位置和類型來(lái)規(guī)定。
往回參考圖2，手指7和鏡像手指7a激活至少兩個(gè)像素；為簡(jiǎn)便而使用兩個(gè)像素。這通過(guò)進(jìn)入處理模塊10的視場(chǎng)線6e和6b示出。這樣激活了軟件，因而兩個(gè)信號(hào)通過(guò)數(shù)字濾波器11和比較器12，并導(dǎo)致形成數(shù)字信號(hào)輸出12a-12e。比較器12將濾波器11的輸出信號(hào)與預(yù)定閾值比較。如果在像素處探測(cè)到所討論的手指7，輸出信號(hào)將會(huì)較高，否則將會(huì)較低。
鏡像信號(hào)也提供手指7關(guān)于相機(jī)6的位置信息?？梢源_定面板3上方的手指7的高度8，以及手指7的角度位置。從鏡像信號(hào)收集到的信息足夠確定手指7關(guān)于面板3的位置在哪里，而手指7不需要接觸到面板3。
圖4和4a示出能夠從鏡像信號(hào)處理中獲得的位置信息。位置信息在極坐標(biāo)中給定。位置信息涉及手指7的高度，且手指7的位置在面板3之上。
再次參考圖2，在輸出12a-12e之間的距離內(nèi)可以看見(jiàn)手指7位于面板3之上的高度。在此實(shí)例中，手指7在面板之上高度8處，輸出12b和12e生成高信號(hào)。其他輸出12a、12d輸出低信號(hào)?？梢园l(fā)現(xiàn)高輸出12b、12e之間的距離9兩倍于手指在面板3之上的高度8。
調(diào)制處理模塊10調(diào)制和校準(zhǔn)LED 4，并設(shè)定采樣率。調(diào)制LED 4，在最簡(jiǎn)單的實(shí)施例中，LED 4以預(yù)定頻率接通和切斷?？赡苡衅渌愋偷恼{(diào)制，例如正弦波調(diào)制。以高頻調(diào)制LED 4導(dǎo)致讀取頻率(當(dāng)感知手指7時(shí))明顯大于由改變光線和陰影產(chǎn)生的任何其他頻率。調(diào)制頻率大于500Hz但不超過(guò)10kHz。
采樣相機(jī)6持續(xù)生成輸出信號(hào)，由于數(shù)據(jù)和時(shí)間限制，由處理模塊10周期性采樣。在優(yōu)選實(shí)施例中，采樣率至少為調(diào)制頻率的兩倍；這是為了避免假頻。LED和采樣頻率的調(diào)制不需要同步。
濾波頻域內(nèi)，掃描成像器13的輸出信號(hào)示于圖6。在圖6中，存在兩種典型曲線，當(dāng)沒(méi)有感知到物體時(shí)，一種示為21，當(dāng)感知到手指時(shí)，一種示為20。在兩種曲線中，在大約5至20Hz處，存在陰影22的移動(dòng)區(qū)域，而在大約50至60Hz處，存在AC主頻率區(qū)域23。
在優(yōu)選實(shí)施例中，當(dāng)視場(chǎng)中沒(méi)有物體時(shí)，沒(méi)有信號(hào)傳輸?shù)矫嫦鄼C(jī)，因此在輸出信號(hào)中也不存在其他峰值。當(dāng)物體位于視場(chǎng)中時(shí)，存在對(duì)應(yīng)于LED調(diào)制頻率，例如500Hz的信號(hào)24。通過(guò)不同形式的濾波器可以移除更低的不必要的頻率22、23。濾波器類型可以包括梳狀、高通、陷波、以及帶通濾波器。
在圖6a中，圖像掃描器的輸出信號(hào)與應(yīng)用于信號(hào)20的一對(duì)不同的濾波響應(yīng)26、27一同示出。在簡(jiǎn)單實(shí)施中，可以執(zhí)行500Hz的梳狀濾波器26(如果使用500Hz的調(diào)制頻率)。這樣僅移除最低頻率。更高級(jí)的實(shí)施涉及使用帶通27或陷波濾波器。在此情況下，除了希望獲得想得到的頻率的區(qū)域外，所有的數(shù)據(jù)被移除。在圖6a中示出應(yīng)用于調(diào)制頻率為500Hz的信號(hào)20的500Hz窄帶濾波器27。濾波器26、27的輸出信號(hào)30、31進(jìn)一步示于圖6b。上方的曲線圖示出使用梳狀濾波器26時(shí)的輸出信號(hào)30，而下方的曲線圖示出使用帶通濾波器27時(shí)的輸出信號(hào)31。帶通濾波器27移除所有不必要的信號(hào)，使其離開(kāi)受關(guān)注的區(qū)域。
一旦信號(hào)被過(guò)濾，且受關(guān)注的區(qū)域內(nèi)的信號(hào)被識(shí)別，得到的信號(hào)通過(guò)比較器，被轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，執(zhí)行三角測(cè)量以確定物體的實(shí)際位置。三角測(cè)量在現(xiàn)有技術(shù)中已知，并公開(kāi)于US5534917和US4782328，并在這里作為參考引入。
校準(zhǔn)本發(fā)明觸摸屏的優(yōu)選實(shí)施例使用非?？焖俣曳奖阌谛?zhǔn)，允許觸摸屏應(yīng)用在任何情況下，并允許其移動(dòng)到新位置，例如將觸摸屏制成手提電腦。校準(zhǔn)涉及在三個(gè)不同位置31a、31b、31c的接觸面板3，如圖5所示；這樣定義了觸摸面板3的觸摸平面。這三個(gè)接觸點(diǎn)31a、31b、31c向處理模塊(未示出)提供足夠的信息，計(jì)算關(guān)于觸摸面板3的觸摸平面的位置和大小。如前所述，每個(gè)接觸點(diǎn)31a、31b、31c使用鏡像信號(hào)和直接信號(hào)，生成要求的數(shù)據(jù)。這些接觸點(diǎn)31a、31b、31c可以在面板3周圍變化，它們不必是示出的實(shí)際位置。
后向照明觸摸屏圖7示出本發(fā)明觸摸屏的可選實(shí)施例。如同優(yōu)選實(shí)施例中一樣，監(jiān)視器40位于觸摸面板41之后，而光源陣列42圍繞在面板41的側(cè)面和較低的邊緣。這些光線指向外，朝向用戶，并被漫射板43改變方向橫跨面板41。光源陣列42由許多發(fā)光二極管(LED)組成。漫射板43用于改變LED 42發(fā)射光線的方向，并使其漫射并橫跨面板41。至少兩個(gè)線掃描相機(jī)44位于面板3的上邊兩個(gè)拐角，并能夠?qū)ξ矬w成像。相機(jī)44可選擇地位于面板41外圍周邊的任何位置。圍繞觸摸面板41的外圍，是玻璃框45或外殼。玻璃框45作為框架防止被照射光透射到外部環(huán)境。玻璃框45將光束反射入相機(jī)44，使得當(dāng)沒(méi)有物體接近觸摸面板41時(shí)，光信號(hào)總能讀入相機(jī)44。
可選擇地，光源陣列42可以被冷陰極管取代。當(dāng)使用冷陰極管時(shí)，不必要將漫射板43作為漫射光線的陰極管的外管。冷陰極管布置在沿面板41的一個(gè)側(cè)面的全長(zhǎng)上。這提供在面板41的表面上基本均勻的光強(qiáng)。不是優(yōu)選使用冷陰極管，因?yàn)閷?duì)于對(duì)它們進(jìn)行修改以適應(yīng)面板41的每個(gè)側(cè)面的具體長(zhǎng)度，是困難且昂貴的。使用LED允許在面板41的大小和形狀上有更大的靈活性。
當(dāng)光源陣列42由許多LED組成時(shí)，使用漫射板43。漫射板43用于漫射LED發(fā)射的光線，并改變其方向到面板41的表面上。如圖7a所示，LED 42發(fā)射的光47在面板41的直角處開(kāi)始其路徑。一旦它照射到漫射板43，就改變方向，平行于面板41。光47在面板41的表面略上方傳播，以輻照面板41。如前所述，通過(guò)處理模塊(未示出)校準(zhǔn)和調(diào)制光47。
參考圖7a，增加玻璃框45的寬度46可以增加或減少。增加玻璃框45的寬度46可以增加物體可以被感知到的距離。類似地，相反的情況就用于減少玻璃框45的寬度10。
線掃描相機(jī)44由CCD元件、透鏡以及驅(qū)動(dòng)控制電路組成。當(dāng)相機(jī)44拍攝到圖像時(shí)，就產(chǎn)生相應(yīng)的輸出信號(hào)。
參考圖7b和7c，當(dāng)不使用觸摸屏?xí)r，也就是，當(dāng)沒(méi)有用戶的交互作用或輸入時(shí)，光源陣列42發(fā)射的所有光線都傳輸?shù)骄€掃描相機(jī)44。當(dāng)存在用戶輸入時(shí)，也就是，用戶通過(guò)用他們的手指接觸屏幕，在屏幕上選擇某物時(shí)；一部分傳輸?shù)较鄼C(jī)44的光就被中斷。通過(guò)利用三角測(cè)量算法對(duì)相機(jī)44的輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，可以確定激活位置。
線掃描相機(jī)44可以讀取兩個(gè)光變量，也就是LED 42透射出來(lái)的直接光和反射光。感應(yīng)和讀取直接和鏡像光的方法與之前描述的方法類似，但作為線掃描相機(jī)更簡(jiǎn)單，一次可以只讀取面板的一列；當(dāng)使用面掃描相機(jī)時(shí)，面板不會(huì)分解為矩陣。圖7d示出面板41被分解為部分14a-14d(線掃描相機(jī)可以拍攝)的情況。之前已經(jīng)描述了處理的其余部分。該圖解中示出的像素不可以形成面板41中的形狀，它們的形狀將由使用的相機(jī)44的位置和類型來(lái)規(guī)定。
在可選實(shí)施例中，由于玻璃框包圍觸摸面板，線掃描相機(jī)將會(huì)持續(xù)讀取LED透射出來(lái)的調(diào)制光。這將導(dǎo)致不管何時(shí)沒(méi)有物體中斷光路徑時(shí)，輸出信號(hào)中都會(huì)出現(xiàn)調(diào)制頻率。當(dāng)物體中斷光路徑時(shí)，輸出信號(hào)中的調(diào)制頻率將不會(huì)出現(xiàn)。這表明物體是接近或者接觸到觸摸面板。出現(xiàn)在輸出信號(hào)中的頻率高度是優(yōu)選實(shí)施例中的頻率高度的兩倍(兩倍幅值)。這是由于一次出現(xiàn)了兩組信號(hào)(直接和鏡像)。
在另外的可選實(shí)施例中，圖8所示，當(dāng)調(diào)制LED的接通和切斷時(shí)，采樣相機(jī)的輸出信號(hào)。這提供對(duì)環(huán)境光加背照明的讀取50，以及單獨(dú)對(duì)環(huán)境光的讀取51。當(dāng)物體中斷LED發(fā)出的光時(shí)，在輸出信號(hào)50中存在下陷52。當(dāng)環(huán)境光變化非常大時(shí)，難以觀察到較小的下陷52。由于這個(gè)原因，從環(huán)境光和背照明讀取50中減去環(huán)境光讀取51。這導(dǎo)致出現(xiàn)可以觀察到下陷52的輸出信號(hào)54，從而可以使用簡(jiǎn)單的閾值來(lái)識(shí)別下陷52。
以與之前描述的相同方式執(zhí)行可選實(shí)施例的校準(zhǔn)，但是接觸點(diǎn)31a、31b、31c(參考圖5)不能在一條線上，它們必須散布在面板3的表面。
在圖7中，背照明被分解為許多單獨(dú)的部分，42a至42f。一個(gè)部分或部分的子集在任何時(shí)候激活。圖像傳感器44的像素子集對(duì)每個(gè)部分成像。對(duì)比利用單個(gè)背照明控制的系統(tǒng)，背照明發(fā)射器在更短時(shí)間內(nèi)以更高電流工作。因?yàn)橄拗瓢l(fā)射器的平均功率，增加了峰值亮度。增加的峰值亮度改進(jìn)了環(huán)境光的性能。
可以有利地安排背照明的轉(zhuǎn)換，使得當(dāng)輻照一個(gè)部分時(shí)，可以通過(guò)信號(hào)處理器測(cè)量另一個(gè)部分的環(huán)境光等級(jí)。通過(guò)同時(shí)測(cè)量環(huán)境光和背照明部分，提高了單一的背照明系統(tǒng)的速度。
通過(guò)控制LED電流或脈沖寬度適應(yīng)性地調(diào)整背照明亮度，激活每個(gè)部分，以使在使用最小平均功率的同時(shí)，對(duì)于查看該部分的像素，保持信號(hào)與噪聲加環(huán)境光的恒定比值。
從多個(gè)方法中的一個(gè)中實(shí)現(xiàn)以最小數(shù)量的控制線來(lái)控制多個(gè)部分。
在兩部分背照明的第一實(shí)施中，兩組二極管44a、44b可以反相布線并被橋式驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)。
在具有多于兩個(gè)部分的第二實(shí)施中，使用對(duì)角橋式驅(qū)動(dòng)器。在圖9b中，4線可以選擇12個(gè)部分中的一個(gè)，5線可以驅(qū)動(dòng)20個(gè)部分，而6線可以驅(qū)動(dòng)30個(gè)部分。
在第三實(shí)施9c中，對(duì)于大量的部分，移位寄存器60物理分布在背照明的周圍，并且只要求兩條控制線。
在本領(lǐng)域，X-Y多路排列是眾所周知的。例如8+4線用于控制32個(gè)LED的4位顯示。圖9b示出12個(gè)LED的4線對(duì)角多路排列?？刂凭€A、B、C、D由三態(tài)輸出信號(hào)，例如通?？梢栽谥T如MicrochipPIC系列等微處理器的管腳中獲得的信號(hào)來(lái)驅(qū)動(dòng)。每個(gè)三態(tài)輸出信號(hào)具有兩個(gè)電子開(kāi)關(guān)，通常為場(chǎng)效應(yīng)管?？梢越油ㄒ粋€(gè)開(kāi)關(guān)或兩個(gè)開(kāi)關(guān)都不能接通。為啟動(dòng)LED L1a，只能使用開(kāi)關(guān)A1和B0。為啟動(dòng)L1B，操作A0和B1。為啟動(dòng)L2a，使用開(kāi)關(guān)A1和D0，等等。該排列可以與任何數(shù)量的控制線共同使用，但特別有利于4、5、6條控制線的情況，其中可以控制12、20、30個(gè)LED，同時(shí)保持印刷線路板的軌跡比較簡(jiǎn)單。在使用更高控制數(shù)量的地方，使用退化的形式是比較有利的，其中省略了一些可能存在的LED，減輕實(shí)際互聯(lián)的難度。
對(duì)角多路系統(tǒng)具有下列特性—有利于存在4條或更多控制線的情況—要求對(duì)每條控制線實(shí)行三態(tài)推挽驅(qū)動(dòng)—優(yōu)于在交叉點(diǎn)使用LED控制線的x-y排列，該排列表現(xiàn)為控制線和設(shè)置在控制線之間的每一組對(duì)角上的一對(duì)反相LED組成的環(huán)路?？梢晕ㄒ坏剡x擇每個(gè)LED，也可以選擇特定的組合。
—使用可能的最小線數(shù)—在線上需要使用emc濾波的情況下，明顯節(jié)省了元件對(duì)于那些涉及本發(fā)明領(lǐng)域的技術(shù)人員而言，本發(fā)明中還有對(duì)結(jié)構(gòu)的許多改變、不大相同的實(shí)施例以及應(yīng)用并不背離在附加的權(quán)利要求書(shū)中定義的發(fā)明范圍。這里的公開(kāi)和描述純粹為說(shuō)明性的，而且不用于任何對(duì)理解的限制。
權(quán)利要求
1.一種觸摸顯示器，包括讓用戶在其上或通過(guò)其觸摸并查看圖像的屏幕；在所述屏幕的一個(gè)或多個(gè)邊緣處的光源，所述光源指引光線橫跨所述屏幕的表面；至少兩個(gè)具有輸出的相機(jī)，每個(gè)所述相機(jī)位于所述屏幕的外圍，對(duì)所述屏幕之前的空間成像，所述輸出包括掃描的圖像；處理所述輸出的裝置，以探測(cè)光的等級(jí)，所述光包括來(lái)自所述光源的直接光，和/或來(lái)自所述光源的反射光；接收所述相機(jī)已處理的輸出的處理器，所述處理器利用三角測(cè)量技術(shù)以及所述已處理的輸出，以確定該已處理的輸出是否表示有接近所述屏幕的物體的存在，而且如果是肯定的話，表示所述物體的位置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的觸摸顯示器，其中所述已處理的輸出表示假定的物體位置相對(duì)于所述相機(jī)的相對(duì)方位。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的觸摸顯示器，其中所述已處理的輸出表示假定的物體位置相對(duì)于所述相機(jī)的透鏡中心的相對(duì)方位。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任何一個(gè)所述的觸摸顯示器，其中所述處理器以平面屏幕坐標(biāo)確定所述物體的位置。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任何一個(gè)所述的觸摸顯示器，其中所述光源在所述屏幕之后，設(shè)置為將光投射通過(guò)所述屏幕，且所述顯示器包括，在每個(gè)邊緣具有的光源，在所述屏幕之前的光反射器，指引所述光源發(fā)射的光橫跨所述屏幕的表面。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任何一個(gè)所述的觸摸顯示器，其中所述相機(jī)為線掃描相機(jī)，所述相機(jī)輸出包括掃描線上的信息，且所述處理器使用所述信息確定所述物體的位置。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任何一個(gè)所述的觸摸顯示器，包括調(diào)制所述光源發(fā)出的所述光線的裝置，以提供在所述相機(jī)的可成像范圍內(nèi)的頻帶；排除所述頻帶之外的圖像數(shù)據(jù)的裝置。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的觸摸顯示器，其中所述用于處理所述輸出的裝置包括所述排除所述頻帶之外的圖像數(shù)據(jù)的裝置，而所述排除所述頻帶之外的圖像數(shù)據(jù)的裝置包括濾波。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的觸摸顯示器，其中濾波包括應(yīng)用從以下組中選擇的濾波器，該組包括梳狀濾波器；高通濾波器；陷波濾波器；以及帶通濾波器。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至9中任何一個(gè)所述的觸摸顯示器，包括控制所述光源的裝置；以及獲得和處理圖像的裝置，其中該圖像在非發(fā)光的環(huán)境光狀態(tài)以及發(fā)光狀態(tài)獲得；其中在探測(cè)所述光的等級(jí)之前，所述處理所述輸出的裝置從該發(fā)光狀態(tài)中減去該環(huán)境狀態(tài)。
11.根據(jù)權(quán)利要求1至10中任何一個(gè)所述的觸摸顯示器，其中所述光源為L(zhǎng)ED，而所述觸摸顯示器包括控制所述光源的部分工作的裝置，其中所控制的該部分獨(dú)立于所述光源其他部分。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的觸摸顯示器，其中控制所述光源的部分工作的裝置包括獨(dú)立控制所述光源的有效強(qiáng)度的裝置。
13.根據(jù)權(quán)利要求11或12所述的觸摸顯示器，其中所述控制所述光源部分的裝置包括對(duì)所述部分反向布線，并使用橋式驅(qū)動(dòng)器來(lái)驅(qū)動(dòng)。
14.根據(jù)權(quán)利要求11或權(quán)利要求12所述的觸摸顯示器，其中所述控制所述光源部分的裝置包括使用對(duì)角橋式驅(qū)動(dòng)器。
15.根據(jù)權(quán)利要求11或權(quán)利要求12所述的觸摸顯示器，其中所述控制所述光源部分的裝置包括為被控制的每個(gè)部分使用移位寄存器。
16.根據(jù)權(quán)利要求11至15中任何一個(gè)所述的觸摸顯示器，其中所述獲得和處理圖像的裝置包括控制所述光源部分和所述每個(gè)相機(jī)，且所述處理所述輸出的裝置包括處理關(guān)于所述部分是發(fā)光的還是不發(fā)光的信息。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的觸摸顯示器，其中在獲得圖像時(shí)，某些部分是發(fā)光的，而其他是不發(fā)光的。
18.一種觸摸顯示器，包括讓用戶在其上或通過(guò)其觸摸并觀看圖像的屏幕；在所述屏幕的一個(gè)或多個(gè)邊緣處的光源，所述光源指引光線橫跨所述屏幕的表面；至少兩個(gè)位于所述屏幕外圍、具有輸出的相機(jī)，將所述相機(jī)設(shè)置為使其不接收所述光源發(fā)出的直接光，所述每個(gè)相機(jī)對(duì)所述屏幕之前的空間成像，所述輸出包括掃描的圖像；處理所述輸出的裝置，以探測(cè)反射光的等級(jí)；以及接收所述相機(jī)已處理的輸出的處理器，所述處理器利用三角測(cè)量技術(shù)以及所述已處理的輸出，以確定已處理的輸出是否表示有接近所述屏幕的物體的存在，而且如果是肯定的話，表示所述物體的位置。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的觸摸顯示器，其中所述已處理的輸出表示假定的物體位置相對(duì)于所述相機(jī)的相對(duì)方位。
20.根據(jù)權(quán)利要求18或19所述的觸摸顯示器，其中所述已處理的輸出表示假定的物體位置相對(duì)于所述相機(jī)的透鏡中心的相對(duì)方位。
21.根據(jù)權(quán)利要求18至20中任何一個(gè)所述的觸摸顯示器，其中所述處理器以平面屏幕坐標(biāo)確定所述物體的位置。
22.根據(jù)權(quán)利要求18至21中任何一個(gè)所述的觸摸顯示器，包括調(diào)制所述光源發(fā)出的所述光線的裝置，以提供在所述相機(jī)的可成像范圍內(nèi)的頻帶；排除所述頻帶之外的圖像數(shù)據(jù)的裝置。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的觸摸顯示器，其中所述用于處理所述輸出的裝置包括所述排除所述頻帶之外的圖像數(shù)據(jù)的裝置，且所述排除所述頻帶之外的圖像數(shù)據(jù)的裝置包括濾波。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的觸摸顯示器，其中所述濾波包括應(yīng)用從以下組中選擇的濾波器，該組包括梳狀濾波器；高通濾波器；陷波濾波器；以及帶通濾波器。
25.根據(jù)權(quán)利要求18至24中任何一個(gè)所述的觸摸顯示器，包括控制所述光源的裝置；以及獲得和處理圖像的裝置，其中該圖像在非發(fā)光的環(huán)境光狀態(tài)以及發(fā)光狀態(tài)獲得；其中在探測(cè)該光的等級(jí)之前，所述處理所述輸出的裝置從該發(fā)光狀態(tài)中減去該環(huán)境光狀態(tài)。
26.根據(jù)權(quán)利要求18至25中任何一個(gè)所述的觸摸顯示器，其中所述光源為L(zhǎng)ED，而所述觸摸顯示器包括控制所述光源的部分工作的裝置，其中所控制的該部分獨(dú)立于所述光源其他部分。
27.根據(jù)權(quán)利要求26所述的觸摸顯示器，其中控制所述光源的部分工作的裝置包括獨(dú)立控制所述光源的有效強(qiáng)度的裝置。
28.根據(jù)權(quán)利要求26或27所述的觸摸顯示器，其中控制所述光源的部分的裝置包括對(duì)所述部分反向布線，并使用橋式驅(qū)動(dòng)器來(lái)驅(qū)動(dòng)。
29.根據(jù)權(quán)利要求26或27所述的觸摸顯示器，其中控制所述光源的部分的裝置包括使用對(duì)角橋式驅(qū)動(dòng)器。
30.根據(jù)權(quán)利要求26或27所述的觸摸顯示器，其中所述控制所述光源的部分的裝置包括為被控制的每個(gè)部分使用移位寄存器。
31.根據(jù)權(quán)利要求26至30中任何一個(gè)所述的觸摸顯示器，其中所述獲得和處理圖像的裝置包括控制所述光源的部分和所述每個(gè)相機(jī)，且所述處理所述輸出的裝置包括處理關(guān)于所述部分是發(fā)光的還是不發(fā)光的信息。
32.根據(jù)權(quán)利要求31所述的觸摸顯示器，其中獲得圖像時(shí)，某些部分是發(fā)光的，而其他是不發(fā)光的。
33.根據(jù)權(quán)利要求18至31中任何一個(gè)所述的觸摸顯示器，其中所述屏幕是反射式的，所述相機(jī)進(jìn)一步對(duì)所述屏幕成像，而所述處理輸出的裝置從鏡像中探測(cè)該光的等級(jí)。
34.根據(jù)權(quán)利要求33所述的觸摸顯示器，其中所述已處理的輸出表示假定的物體相對(duì)于所述相機(jī)的相對(duì)方位以及所述物體與所述屏幕之間的距離。
35.一種關(guān)于圖像的接收用戶輸入的方法，包括以下步驟提供讓用戶在其上或通過(guò)其觸摸并觀看圖像的屏幕；在所述屏幕的一個(gè)或多個(gè)邊緣處提供光源，所述光源指引光線橫跨所述屏幕的表面；提供至少兩個(gè)具有輸出的相機(jī)，所述每個(gè)相機(jī)位于所述屏幕的外圍，對(duì)所述屏幕之前的空間成像，所述輸出包括掃描的圖像；處理所述輸出，以探測(cè)光的等級(jí)，所述光包括來(lái)自所述光源的直接光，和/或來(lái)自所述光源的反射光；處理所述相機(jī)已處理的輸出，利用三角測(cè)量技術(shù)獲得所述物體的位置。
36.根據(jù)權(quán)利要求35所述的關(guān)于圖像的接收用戶輸入的方法，其中所述已處理的輸出表示假定的物體位置相對(duì)于所述相機(jī)的相對(duì)方位。
37.根據(jù)權(quán)利要求35或權(quán)利要求36所述的關(guān)于圖像的接收用戶輸入的方法，其中所述已處理的輸出表示假定的物體位置相對(duì)于所述相機(jī)的透鏡中心的相對(duì)方位。
38.根據(jù)權(quán)利要求35至37中任何一個(gè)所述的關(guān)于圖像的接收用戶輸入的方法，其中所述位置是平面屏幕坐標(biāo)。
39.根據(jù)權(quán)利要求35至38中任何一個(gè)所述的關(guān)于圖像的接收用戶輸入的方法，其中所述光源在所述屏幕之后，被設(shè)置為將光投射通過(guò)所述屏幕，而所述顯示器包括，在每個(gè)邊緣具有的光源，在所述屏幕之前的光反射器，指引所述光源發(fā)射的光橫跨所述屏幕的表面。
40.根據(jù)權(quán)利要求35至39中任何一個(gè)所述的關(guān)于圖像的接收用戶輸入的方法，其中所述相機(jī)為線掃描相機(jī)，所述相機(jī)輸出包括掃描線上的信息，且所述處理器使用所述信息確定所述物體的位置。
41.根據(jù)權(quán)利要求35至40中任何一個(gè)所述的關(guān)于圖像的接收用戶輸入的方法，包括以下步驟調(diào)制所述光源發(fā)出的所述光線，以提供在所述相機(jī)的可成像范圍內(nèi)的頻帶；排除所述頻帶之外的圖像數(shù)據(jù)。
42.根據(jù)權(quán)利要求41所述的關(guān)于圖像的接收用戶輸入的方法，其中處理所述輸出的步驟包括排除所述頻帶之外的圖像數(shù)據(jù)的步驟，且所述排除所述頻帶之外的圖像數(shù)據(jù)的步驟包括濾波。
43.根據(jù)權(quán)利要求42所述的關(guān)于圖像的接收用戶輸入的方法，其中濾波包括應(yīng)用從以下組中選擇的濾波器的步驟，該組包括梳狀濾波器；高通濾波器；陷波濾波器；以及帶通濾波器。
44.根據(jù)權(quán)利要求35至43中任何一個(gè)所述的關(guān)于圖像的接收用戶輸入的方法，包括以下步驟控制所述光源；以及獲得和處理圖像，其中該圖像在非發(fā)光的環(huán)境光狀態(tài)以及發(fā)光狀態(tài)獲得；其中在探測(cè)該光的等級(jí)之前，所述處理所述輸出的步驟從該發(fā)光狀態(tài)中減去該環(huán)境狀態(tài)。
45.根據(jù)權(quán)利要求35至44中任何一個(gè)所述的關(guān)于圖像的接收用戶輸入的方法，其中所述光源為L(zhǎng)ED，且所述觸摸顯示器包括控制所述光源的部分工作的裝置，其中所控制的該部分獨(dú)立于所述光源其他部分。
46.根據(jù)權(quán)利要求45所述的關(guān)于圖像的接收用戶輸入的方法，其中控制所述光源的部分工作的步驟包括獨(dú)立控制所述光源的有效強(qiáng)度。
47.根據(jù)權(quán)利要求45或46所述的關(guān)于圖像的接收用戶輸入的方法，其中所述控制所述光源的部分的步驟包括對(duì)所述部分反向布線，并使用橋式驅(qū)動(dòng)器來(lái)驅(qū)動(dòng)。
48.根據(jù)權(quán)利要求45或46所述的關(guān)于圖像的接收用戶輸入的方法，其中控制所述光源的部分的步驟包括使用對(duì)角橋式驅(qū)動(dòng)器。
49.根據(jù)權(quán)利要求45或46所述的關(guān)于圖像的接收用戶輸入的方法，其中控制所述光源的部分的步驟包括為被控制的每個(gè)部分使用移位寄存器。
50.根據(jù)權(quán)利要求45至49中任何一個(gè)所述的關(guān)于圖像的接收用戶輸入的方法，其中獲得和處理圖像的步驟包括控制所述光源的部分和所述每個(gè)相機(jī)，且所述處理所述輸出的步驟包括處理關(guān)于所述部分是發(fā)光的還是不發(fā)光的信息。
51.根據(jù)權(quán)利要求50所述的關(guān)于圖像的接收用戶輸入的方法，其中獲得圖像時(shí)，某些部分是發(fā)光的，而其他是不發(fā)光的。
52.一種關(guān)于圖像的接收用戶輸入的方法，包括以下步驟提供讓用戶在其上或通過(guò)其觸摸并觀看圖像的屏幕；在所述屏幕的一個(gè)或多個(gè)邊緣處提供光源，所述光源指引光線橫跨所述屏幕的表面；提供至少兩個(gè)位于所述屏幕外圍、具有輸出的相機(jī)，將所述相機(jī)設(shè)置為使得其不接收所述光源發(fā)出的直接光，每個(gè)所述相機(jī)對(duì)所述屏幕之前的空間成像，所述輸出包括掃描的圖像；處理所述輸出的裝置，以探測(cè)反射光的等級(jí)；以及處理所述相機(jī)已處理的輸出，利用三角測(cè)量技術(shù)以及所述已處理的輸出，以確定該已處理的輸出是否表示有接近所述屏幕的物體的存在，而且如果是肯定的話，表示所述物體的位置。
53.根據(jù)權(quán)利要求52所述的關(guān)于圖像的接收用戶輸入的方法，其中所述已處理的輸出表示假定的物體位置相對(duì)于所述相機(jī)的相對(duì)方位。
54.根據(jù)權(quán)利要求52或權(quán)利要求53所述的關(guān)于圖像的接收用戶輸入的方法，其中所述已處理的輸出表示假定的物體位置相對(duì)于所述相機(jī)的透鏡中心的相對(duì)方位。
55.根據(jù)權(quán)利要求52至54中任何一個(gè)所述的關(guān)于圖像的接收用戶輸入的方法，其中所述處理器以平面屏幕坐標(biāo)確定所述物體的位置。
56.根據(jù)權(quán)利要求52至55中任何一個(gè)所述的關(guān)于圖像的接收用戶輸入的方法包括調(diào)制所述光源發(fā)出的所述光線的裝置，以提供在所述相機(jī)的可成像范圍內(nèi)的頻帶；排除所述頻帶之外的圖像數(shù)據(jù)的裝置。
57.根據(jù)權(quán)利要求56所述的關(guān)于圖像的接收用戶輸入的方法，其中所述用于處理所述輸出的裝置包括所述排除所述頻帶之外的圖像數(shù)據(jù)的裝置，且所述排除所述頻帶之外的圖像數(shù)據(jù)的裝置包括濾波。
58.根據(jù)權(quán)利要求57所述的關(guān)于圖像的接收用戶輸入的方法，其中濾波包括應(yīng)用從以下組中選擇的濾波器，該組包括梳狀濾波器；高通濾波器；陷波濾波器；以及帶通濾波器。
59.根據(jù)權(quán)利要求52至58中任何一個(gè)所述的關(guān)于圖像的接收用戶輸入的方法包括控制所述光源的裝置；以及獲得和處理圖像的裝置，其中該圖像在非發(fā)光的環(huán)境光狀態(tài)以及發(fā)光狀態(tài)獲得；其中在探測(cè)該光的等級(jí)之前，所述處理所述輸出的裝置從該發(fā)光狀態(tài)中減去該環(huán)境狀態(tài)。
60.根據(jù)權(quán)利要求52至59中任何一個(gè)所述的關(guān)于圖像的接收用戶輸入的方法，其中所述光源為L(zhǎng)ED，且所述觸摸顯示器包括控制所述光源的部分工作的裝置，其中所控制的該部分獨(dú)立于所述光源其他部分。
61.根據(jù)權(quán)利要求60所述的關(guān)于圖像的接收用戶輸入的方法，其中控制所述光源的部分工作的裝置包括獨(dú)立控制所述光源的有效強(qiáng)度的裝置。
62.根據(jù)權(quán)利要求60或權(quán)利要求61所述的關(guān)于圖像的接收用戶輸入的方法，其中控制所述光源的部分的裝置包括對(duì)所述部分反向布線，并使用橋式驅(qū)動(dòng)器來(lái)驅(qū)動(dòng)。
63.根據(jù)權(quán)利要求60或權(quán)利要求61所述的關(guān)于圖像的接收用戶輸入的方法，其中控制所述光源的部分的裝置包括使用對(duì)角橋式驅(qū)動(dòng)器。
64.根據(jù)權(quán)利要求60或權(quán)利要求61所述的關(guān)于圖像的接收用戶輸入的方法，其中所述控制所述光源的部分的裝置包括為被控制的每個(gè)部分使用移位寄存器。
65.根據(jù)權(quán)利要求60至64中任何一個(gè)所述的關(guān)于圖像的接收用戶輸入的方法，其中所述獲得和處理圖像的裝置包括控制所述光源的部分和所述每個(gè)相機(jī)，且所述處理所述輸出的裝置包括處理關(guān)于所述部分是發(fā)光的還是不發(fā)光的信息。
66.根據(jù)權(quán)利要求60所述的關(guān)于圖像的接收用戶輸入的方法，其中在獲得圖像時(shí)，某些部分是發(fā)光的，而其他是不發(fā)光的。
67.根據(jù)權(quán)利要求52至65中任何一個(gè)所述的關(guān)于圖像的接收用戶輸入的方法，其中所述屏幕是反射式的，所述相機(jī)進(jìn)一步對(duì)所述屏幕成像，而所述處理輸出的裝置從鏡像中探測(cè)該光的等級(jí)。
68.根據(jù)權(quán)利要求67所述的關(guān)于圖像的接收用戶輸入的方法，其中所述已處理的輸出表示假定的物體相對(duì)于所述相機(jī)的相對(duì)方位以及所述物體與所述屏幕之間的距離。
69.一種關(guān)于圖像的接收用戶輸入的方法在所述圖像外圍或附近提供至少一個(gè)光源，所述光源指引光線橫跨所述圖像；在所述圖像外圍或附近的至少兩個(gè)位置探測(cè)該光的等級(jí)，并提供所述等級(jí)作為輸出；利用三角測(cè)量技術(shù)處理所述輸出，以確定所述輸出是否表示接近所述圖像的物體的存在，而且如果是肯定的話，表示所述物體的位置。
70.根據(jù)權(quán)利要求69所述的關(guān)于圖像的接收用戶輸入的方法，其中所述位置基本上為非相對(duì)的，使得當(dāng)存在物體時(shí)，所述輸出基本上表示所述物體的反射光。
71.一種關(guān)于圖像的、用于定位物體的用戶輸入設(shè)備包括至少一個(gè)光源，位于所述圖像外圍或其附近，所述光源指引光線橫跨所述圖像；在一個(gè)具有輸出的探測(cè)器處，所述探測(cè)器位于所述圖像處或其附近，以對(duì)所述屏幕之前的空間成像，所述輸出表示光的等級(jí)；接收所述輸出并使用三角測(cè)量技術(shù)的處理器，且所述輸出確定所述物體的存在，而且如果存在，確定所述物體的位置。
全文摘要
一種觸摸屏(1)在所述屏幕(1)的一個(gè)或多個(gè)邊緣處使用光源(4)，所述光源指引光線橫跨所述屏幕(1)的表面，以及至少兩個(gè)具有電子輸出的相機(jī)(6)，位于所述屏幕(1)的外圍，接收來(lái)自光源(4)的光。接收所述相機(jī)(6)輸出的處理器，并利用三角測(cè)量技術(shù)以確定接近所述屏幕(1)的物體的位置。對(duì)物體存在的探測(cè)包括在相機(jī)(6)探測(cè)由于物體的直射光的存在或缺失，使用屏幕表面作為鏡面并在相機(jī)(6)探測(cè)由于物體的反射光的存在或缺失。光源(4)可以被調(diào)制，以提供相機(jī)(6)輸出中的頻段。
文檔編號(hào)G06F3/033GK1774692SQ200480009926
公開(kāi)日2006年5月17日 申請(qǐng)日期2004年2月16日 優(yōu)先權(quán)日2003年2月14日
發(fā)明者約翰·戴維·牛頓 申請(qǐng)人:奈克斯特控股公司