專利名稱：使用偏振片的紅外觸摸屏并行掃描系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種紅外觸摸屏中紅外掃描檢測系統(tǒng)的光路和電路結(jié)構(gòu)的改進(jìn)方案，屬于 計算機多媒體技術(shù)中的觸摸屏技術(shù)領(lǐng)域。技術(shù)背景在現(xiàn)有的紅外觸摸屏中，對于被檢測表面的觸摸物的掃描檢測方式，都是使用一組安 裝在紅外觸摸屏邊框上的紅外發(fā)射管陣列和與其對應(yīng)的紅外接收管陣列，通過邏輯電路和 模擬電路，由觸摸屏內(nèi)部的微控制器系統(tǒng)所產(chǎn)生的掃描地址信息來順序驅(qū)動、選通陣列中 每一對紅外發(fā)射和接收對管，來實現(xiàn)用于檢測觸摸物的紅外線的發(fā)射和接收。由于現(xiàn)有技術(shù)都是按照一定的順序以單循環(huán)的方式來驅(qū)動和選通紅外元件，即將所有 的紅外發(fā)射和接收對管都掃描一遍以后，才開始第下一個周期的掃描，因此存在著掃描周 期長的缺點，導(dǎo)致觸摸屏的響應(yīng)比較緩慢，尤其對于尺寸較大的如60、 70英寸的觸摸屏， 其速度之慢讓人難以承受。也有將橫向和豎向的紅外元件分 f并行掃描的方式，也只能將 掃描時間縮短一半左右，不能從根本上縮短掃描的周期、提高響應(yīng)速度，依舊難以達(dá)到實 際使用的要求。目前最新的技術(shù)方案如申請?zhí)枮?00610140874.2的中國專利申請，公丌 了一種利用跟蹤觸摸物，在觸摸物所在的一定區(qū)域內(nèi)進(jìn)行局部掃描的方式來提高響應(yīng)速度 的方法，在一定程度上提高觸摸屏的響應(yīng)速度。但是在起始尋找觸摸物，或者中途觸摸物 離丌以后，還是要先全屏掃描找到觸摸物以后，才能在較小的區(qū)域內(nèi)跟蹤觸摸物，達(dá)到較 高的掃描速度。因此，存在著起始時響應(yīng)速度依舊很慢的問題。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的內(nèi)容就是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，公開了一種使用偏振片的并行掃描系統(tǒng) 來提高紅外觸摸屏響應(yīng)速度的技術(shù)方案。本發(fā)明的并行掃描系統(tǒng)，包含有安裝在構(gòu)成觸摸屏框架的印刷電路板上的紅外元件、 安裝在紅外元件發(fā)光面和受光面前方的紅外濾光窗口，以及與紅外元件對應(yīng)的驅(qū)動和信號 處理電路、微控制器系統(tǒng)。與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明中使用了偏方向相反的偏振片來分 隔同時并行工作的光路，再配合以并行掃描檢測的電路結(jié)構(gòu)，將被掃描檢測的區(qū)域劃分成 面積更小的若干個子區(qū)域，以達(dá)到提高掃描速度/進(jìn)而提高響應(yīng)速度的目的。具體技術(shù)方案如下所述紅外發(fā)射和接收對管被分為若干模組并被編號，每個模組前方的紅外濾光窗口 內(nèi)都安裝有偏振方向相同的偏振片；同一邊框上相鄰兩模組前方的偏振片的偏振方向相 反；每一組紅外發(fā)射管和接收管的地址驅(qū)動電路均按照同一方式、時間和順序選取驅(qū)動每 一對紅外元件，并且其驅(qū)動電路的數(shù)據(jù)輸入端的同名端并聯(lián)后，都與所述微控制器系統(tǒng)的 地址驅(qū)動數(shù)據(jù)輸出端相連接，解決了各個分組或者稱為模塊的并行發(fā)射的問題。對于與發(fā) 射部分相對應(yīng)的接收部分，為了區(qū)分哪個組有觸摸信號被檢測輸出，所述每個模組內(nèi)都包
含有一個的紅外接收元件的信號處理電路，并且所述電路都有至少一個檢測信號輸出端， 與微控制器系統(tǒng)的I/O接口相連接。根據(jù)上面基本的技術(shù)方案，各個部分可以進(jìn)一歩給出更詳細(xì)的技術(shù)內(nèi)容。在本發(fā)明中， 所述的偏振片可以安裝在紅外濾光條的透光表面上；所述微控制器系統(tǒng)的驅(qū)動輸出端和所 述驅(qū)動電路的數(shù)據(jù)輸入端，可以是通過多條地址數(shù)據(jù)線相連接的并行端口；也可以是通過 一條地址數(shù)據(jù)線相連接的串行端口。如果使用所述的串行端口，則在所述微控制器系統(tǒng)的 地址數(shù)據(jù)輸出端口內(nèi)，包含有一個并入/串出的移位寄存器，寄存器的輸入端與多條微控制 器的I/0端口相連接，其輸出端為微控制器系統(tǒng)的驅(qū)動輸出端，與所述地址數(shù)據(jù)線相連接； 所述驅(qū)動電路的內(nèi)部包含有一個串入/并出移位寄存器，其輸入端與所述地址數(shù)據(jù)線相連 接，其輸出端與所述驅(qū)動電路內(nèi)的解碼電路的輸入端相連接。在本發(fā)明中，為減少節(jié)省微控制器系統(tǒng)的i/o端口及其與各個模組之間的連接線，可以在所述微控制器系統(tǒng)內(nèi)設(shè)置一個組標(biāo)識編碼器，其輸出端與微控制器的I/O接口相連接； 所述每個模組內(nèi)的檢測信號輸出端，分別與所述組標(biāo)識編碼器的一個輸入端相連接。這里， 組標(biāo)識編碼器包含有若干被編號的輸入端，分別與所述檢測信號輸出端與其相連接的各個 模組的編號相對應(yīng)；所述組標(biāo)識編碼器的輸出端包含有多條并行的二進(jìn)制數(shù)據(jù)線；當(dāng)某個 輸入端輸入規(guī)定的信號時，其二進(jìn)制數(shù)據(jù)輸出端輸出與該輸入端唯一對應(yīng)的二進(jìn)制數(shù)據(jù)。 通用小規(guī)模邏輯芯片40147是一個可直接使用的編碼器，或者可作為設(shè)計的參考。上述結(jié)構(gòu)已經(jīng)能實現(xiàn)數(shù)字形式的檢測信號的輸出及分辨出哪個組輸出了檢測信號，已 經(jīng)能夠滿足一般紅外觸摸屏的需要。但是如果需要各個模組中的光電信號接收電路輸出模 擬信號，以供微控制器系統(tǒng)的其他電路進(jìn)行后續(xù)處理，如A/D變換后得到更高的分辨率等， 則所述并行掃描系統(tǒng)內(nèi)還包含有一個加法器，所述各個模組中的光電信號接收電路另外有 一個模擬信號輸出端與加法器相連接。這時加法器可以由運算放大器構(gòu)成。當(dāng)然，如果這里各模組的模擬信號輸出端直接與微控制器系統(tǒng)的輸入端相連接，也可 以省略所述的組標(biāo)識編碼器和加法器；但是這時微控制器系統(tǒng)的輸入端應(yīng)該是A/D變換器 的輸入端。通過上面的描述可知，使用本發(fā)明的技術(shù)方案，能夠?qū)⒄麄€觸摸屏劃分為若干個面積 較小的檢測區(qū)域，并行同時檢測，這樣就會大幅度縮短掃描檢測屏幕表面的周期，從而大 幅度提高觸摸屏的響應(yīng)速度。并且，由于各個并行檢測模組的內(nèi)部電路基本相同，只要包 含的發(fā)射和接收對管的數(shù)量相同還可以互換，所以也能大大降低觸摸屏的設(shè)計工作量和技 術(shù)難度，有利于降低生產(chǎn)制造和維修維護(hù)成本。


圖1:偏振片在觸摸屏邊框上安裝位置的示意圖；圖2:紅外發(fā)射和接收對管模組與微控制器系統(tǒng)的一種連接結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3:紅外信號接收部分信號輸出和模組編碼電路的原理示意圖； 圖4:使用串行總線驅(qū)動紅外元件模組的邏輯原理示意圖。 具體實施例下面結(jié)合附圖，來詳細(xì)說明本發(fā)明的一些具體實施方式
。本發(fā)明將紅外發(fā)射和接收對管陣列在排列方向上劃分為若干模組， 一般是包含的紅外 發(fā)射和接收對管的數(shù)量相同的模組，并為其編號以供后面辨識哪一組輸出了檢測信號之 用，而且最簡方式是模組內(nèi)部的電路結(jié)構(gòu)都相同。然后使用安裝在紅外發(fā)射管和接收管(統(tǒng) 稱為紅外元件)陣列的工作面(發(fā)射面或接收面)前面的、偏振方向相反(相垂直)的偏振片， 來阻擋相鄰模組同時發(fā)射紅外線的發(fā)光管的散射光，對本組的接收管的干擾。在本發(fā)明中，偏振片的基本安裝結(jié)構(gòu)示例如圖i所示。圖中，在構(gòu)成觸摸屏的邊框ioi的內(nèi)側(cè)、用來通過紅外線的濾光材料的窗口的表面上，安裝有偏振方向相反的片102、 103，可根據(jù)工藝、 壽命等的要求而選擇安裝在內(nèi)外哪個表面上。這樣，當(dāng)相鄰的模組中的紅外發(fā)射管(在驅(qū) 動電路相同的情況下是被驅(qū)動順序號相同的發(fā)射管，比如一個模組中的第一號和左右相鄰 的兩個模組的第一號發(fā)射管)同時被驅(qū)動發(fā)射紅外線時，因為偏振片的偏振方向相反，所 以紅外接收管只能接收到紅外發(fā)射管所發(fā)射的紅外線。更遠(yuǎn)的模組的偏振片雖然有與本模 組相同的偏振方向，但是由于離軸(偏離光軸)的角度過大，不足以形成足夠幅度的光電信 號輸出。無論是在觸摸屏的橫向還是縱向，都采用這樣的結(jié)構(gòu)，就可以將觸摸屏的掃描檢 測區(qū)域劃分成多個小的子區(qū)域。在圖l的示例中，觸摸屏的橫向和縱向方向上各被分割成 4個和3個模組，這樣整個掃描檢測區(qū)域就被分割成為12個子區(qū)域104。這樣，橫向的4 組和縱向的3組一起掃描，那么掃描一幀的周期則只有原來的1/7，大大提高了掃描檢測 的速度，縮短了檢測到觸摸物位置的時間，也就提高了觸摸屏的響應(yīng)速度。與上述的結(jié)構(gòu)特征相配合，本發(fā)明的電路結(jié)構(gòu)如圖2和圖3所示。圖2是一種使用6 位(D0 D5)并行的、傳輸紅外元件的掃描順序的數(shù)據(jù)的總線(后面簡稱并行地址總線)來并 行驅(qū)動最多包含有64個紅外元件的各個發(fā)射模組的原理結(jié)構(gòu)圖。圖中觸摸屏的微控制器 系統(tǒng)201通過包含有電源(Vcc和GND)和時鐘線(CLK)的并行地址總線205，與每個模組的 地址解碼器202的各個同名輸入端分別并聯(lián)；在每個模組內(nèi)，地址解碼器又通過紅外發(fā)射 管陣列的驅(qū)動器或者紅外接收管陣列的選通開關(guān)陣列(為敘述方便，后面將驅(qū)動和選通統(tǒng) 稱為驅(qū)動)203，驅(qū)動紅外發(fā)射管陣列或者紅外接收管陣列204。在地址解碼器202和驅(qū)動 電路203結(jié)構(gòu)相同的情況下，對應(yīng)于每一個地址總線205傳輸過來的地址碼，不同模組內(nèi) 的都有一個相同序號的發(fā)射管被驅(qū)動發(fā)射紅外線，這樣就實現(xiàn)了各模組同時進(jìn)行的并行掃 描，從而實現(xiàn)了上述的分區(qū)掃描模式。盡管這個電路的具體結(jié)構(gòu)多種多樣，但都屬于非常 成熟的現(xiàn)有技術(shù)，可參考如在此不過多說明。圖3給出的是圖2中紅外元件是紅外接收管時，實現(xiàn)模組區(qū)分的電路結(jié)構(gòu)。圖3中的 模組電路，包含有驅(qū)動接收管陣列302的模擬開關(guān)驅(qū)動器301，并且比圖2多了一個光電 信號處理單元303，該單元在檢測到觸摸物時輸出規(guī)定的信號，如電平信號和/或模擬信號。 紅外發(fā)射管在發(fā)射紅外線時，只要使用圖2的結(jié)構(gòu)，就可以實現(xiàn)并行掃描；但是對于接收 部分，因為需要區(qū)分哪個模組檢測到有觸摸信號輸出，所以輸出端不能并聯(lián)。 一個解決方
案是每個模組的信號輸出端都分別與微控制器系統(tǒng)的1/0接口相連接，這樣的優(yōu)點是電路 簡單，信號直通到了微控制器系統(tǒng)，因此沒有在圖中給出，缺點是要占用微控制器系統(tǒng)較 多的1/0 口線；另一個方案是在微控制器系統(tǒng)中加入一個組標(biāo)識編碼器305。所述組標(biāo)識 編碼器305的各個輸入端被編號，分別與各個被編號的模組的光電信號處理單元303的一 個檢測信號輸出端相連接；其輸出端通過并行總線306與微控制器系統(tǒng)的I/O端口相連接。 這個組標(biāo)識編碼器的輸出端包含有多條并行的二進(jìn)制數(shù)據(jù)線，當(dāng)某個輸入端輸入規(guī)定的信 號時，其二進(jìn)制數(shù)據(jù)輸出端輸出與該輸入端唯一對應(yīng)的二進(jìn)制數(shù)據(jù)。通用小規(guī)模邏輯芯片 40147(10線一 4線BCD優(yōu)先編碼器)是一個可直接使用的編碼器，或者其邏輯功能可作 為設(shè)計的一個重要參考。上述結(jié)構(gòu)已能實現(xiàn)數(shù)字形式的檢測信號的輸出及輸出信號的模組辨識，能夠滿足一般 紅外觸摸屏的需要。但是如果需要各個模組中的光電信號接收電路輸出模擬信號，以供微 控制器系統(tǒng)進(jìn)行后續(xù)處理，如A/D變換后得到更高的分辨率等，則所述并行掃描系統(tǒng)內(nèi)還 包含有一個加法器304，其輸出端與微控制器系統(tǒng)的一個A/D變換輸入端相連接；所述各 個模組中的光電信號接收電路另外有一個模擬信號輸出端，與加法器的輸入端相連接，加 法器可以由運算放大器構(gòu)成。在這種結(jié)構(gòu)中，組標(biāo)識編碼器305用于分辨哪個組輸出了檢 測信號；而加法器304則輸出光電信號的幅度。但如果各模組的模擬信號輸出端直接與微 控制器系統(tǒng)的輸入端相連接，也可以省略所述的組標(biāo)識編碼器305和加法器304;但是這 時微控制器系統(tǒng)與之連接的輸入端，都應(yīng)該是具有A/D變換功能的輸入端。如果使用圖2或圖3所示的并行地址總線，則電路板上的布線數(shù)量會比較多，增加設(shè) 計難度。圖4中給出了一種使用移位寄存器來實現(xiàn)數(shù)據(jù)在并行和串行之間轉(zhuǎn)換的技術(shù)方案， 用一條串行數(shù)據(jù)線替換數(shù)量較多并行地址總線。以圖中可以驅(qū)動64只紅外元件的模組為 例，與圖2或圖3中主要的區(qū)別在于將原來的并行地址線D0 D5所發(fā)出的并行數(shù)據(jù)， 通過微控制器201總線出口的并入串出移位寄存器401轉(zhuǎn)換成為串行數(shù)據(jù)，并經(jīng)地址總線 DATA傳送到各個模組；再通過各個模組輸入端的串入并出移位寄存器402轉(zhuǎn)換成為并行數(shù) 據(jù)，在控制線EN的作用下，通過解碼/驅(qū)動器403 (202+303)來驅(qū)動紅外元件陣列204。前面著重說明了實現(xiàn)本發(fā)明目的基本實施方案，并行掃描檢測系統(tǒng)的原理和基本結(jié) 構(gòu)，給出了可以實現(xiàn)本發(fā)明目的的少量示例。作為完整的應(yīng)用技術(shù)方案，能夠?qū)崿F(xiàn)并行掃 描檢測的具體電路和微控制器協(xié)同的軟硬件結(jié)構(gòu)，在現(xiàn)有技術(shù)條件下幾乎有無數(shù)種技術(shù)方 案，上述示例說明的實施結(jié)構(gòu)不是唯一的。比如偏振片與紅外濾光窗之間的結(jié)構(gòu)設(shè)計、地 址數(shù)據(jù)的傳輸方式、紅外元件的驅(qū)動方式、以及微控制器內(nèi)部的代碼結(jié)構(gòu)和各種功能等， 都有很多種可用的技術(shù)方案；甚至每個模組內(nèi)都使用一只微處控制器，互相之間通過控制 接口來協(xié)同工作這類更復(fù)雜的技術(shù)方案。因此，在本發(fā)明的基本技術(shù)方案的基礎(chǔ)上的進(jìn)行 的改進(jìn)、移植、變通、刪減、增補等方式的實施，都屬于本發(fā)明的技術(shù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1. 一種使用偏振片的紅外觸摸屏的并行掃描系統(tǒng)，包含有安裝在構(gòu)成觸摸屏框架的印刷電路板上的紅外元件、安裝在紅外元件發(fā)光面和受光面前方的紅外濾光窗口，以及與紅外元件對應(yīng)的驅(qū)動和信號處理電路、微控制器系統(tǒng)，其特征在于所述紅外發(fā)射和接收對管被分為若干模組并被編號，在每個模組前方的紅外濾光窗口內(nèi)都安裝有偏振方向相同的偏振片；同一邊框上相鄰兩模組前方的偏振片的偏振方向相反；每一組紅外發(fā)射管和接收管的地址驅(qū)動電路均按照同一方式、時間和順序選取驅(qū)動每一對紅外元件，并且其驅(qū)動電路的數(shù)據(jù)輸入端的同名端并聯(lián)后，都與所述微控制器系統(tǒng)的地址驅(qū)動數(shù)據(jù)輸出端相連接；所述每個模組內(nèi)都包含有一個的紅外接收元件的信號處理電路，并且所述電路都有至少一個檢測信號輸出端，與微控制器系統(tǒng)的I/O接口相連接。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的并行掃描系統(tǒng)，其特征在于所述的偏振片安裝在紅外濾光窗 的透光表面上。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的并行掃描系統(tǒng)，其特征在于所述微控制器系統(tǒng)的驅(qū)動輸出端 和所述驅(qū)動電路的數(shù)據(jù)輸入端，是通過多條地址數(shù)據(jù)線相連接的并行端口。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的并行掃描系統(tǒng)，其特征在于所述微控制器系統(tǒng)的驅(qū)動輸出端 和所述驅(qū)動電路的數(shù)據(jù)輸入端，是通過一條地址數(shù)據(jù)線相連接的串行端口 。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的并行掃描系統(tǒng)，其特征在于在所述微控制器系統(tǒng)的地址數(shù)據(jù) 輸出端口內(nèi)，包含有一個并入/串出的移位寄存器，寄存器的輸入端與多條微控制器 的I/0端口相連接，其輸出端為微控制器系統(tǒng)的驅(qū)動輸出端，與所述地址數(shù)據(jù)線相連 接；所述驅(qū)動電路的內(nèi)部包含有一個串入/并出移位寄存器，其輸入端與所述地址數(shù) 據(jù)線相連接，其輸出端與所述驅(qū)動電路內(nèi)的解碼電路的輸入端相連接。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的并行掃描系統(tǒng)，其特征在于所述構(gòu)成觸摸屏的微控制器系統(tǒng) 內(nèi)還包含有一個組標(biāo)識編碼器，其輸岀端與微控制器的I/0接口相連接；所述每個模 組內(nèi)的紅外接收元件的信號處理電路的檢測信號輸出端，分別與所述組標(biāo)識編碼器的 一個輸入端相連接。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的并行掃描系統(tǒng)，其特征在于所述組標(biāo)識編碼器包含有若干被 編號的輸入端，分別與所述檢測信號輸出端與其相連接的各個模組的編號相對應(yīng)；所 述組標(biāo)識編碼器的輸出端包含有多條并行的二進(jìn)制數(shù)據(jù)線；當(dāng)某個輸入端輸入規(guī)定的 信號時，其二進(jìn)制數(shù)據(jù)輸出端輸出與該輸入端唯一對應(yīng)的二進(jìn)制數(shù)據(jù)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的并行掃描系統(tǒng)，其特征在于所述并行掃描系統(tǒng)內(nèi)還包含有一 個加法器，其輸出端與所述微控制器系統(tǒng)的一個I/0接口相連接；所述每個模組內(nèi)的 紅外接收元件的信號處理電路都有一個光電信號輸出端，所述加法器的一個輸入端相 連接。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的并行掃描系統(tǒng)，其特征在于所述加法器由運算放大器構(gòu)成。
10. 根據(jù)權(quán)利要求l或8所述的并行掃描系統(tǒng)，其特征在于微控制器系統(tǒng)與所述紅外接 收元件的信號處理電路的檢測信號輸出端相連接的I/O接口 ，或者與所述加法器相連 接的I/0接口，是A/D變換器的輸入端。
全文摘要
一種使用偏振片的紅外觸摸屏的并行掃描系統(tǒng)，包含有紅外元件、紅外濾光窗口，以及對應(yīng)的驅(qū)動和信號處理電路、微控制器系統(tǒng)，其特征在于所述紅外元件被分為若干被編號的模組，每個模組前方的紅外濾光窗口內(nèi)都安裝有偏振方向相同的偏振片；同一邊框上相鄰兩模組前方的偏振片的偏振方向相反；各個模組內(nèi)的驅(qū)動電路相同，其輸入端并聯(lián)后與微控制器系統(tǒng)的地址驅(qū)動數(shù)據(jù)輸出端連接；模組內(nèi)還包含有紅外信號處理電路，其檢測信號輸出端通過一個組標(biāo)識編碼器或者直接與微控制器系統(tǒng)相連接。本發(fā)明將觸摸屏劃分為若干個小面積的檢測區(qū)域并行檢測，從而大幅度地提高了觸摸屏的響應(yīng)速度。并且因模組結(jié)構(gòu)相同，所以也降低了觸摸屏的設(shè)計制造和維修成本。
文檔編號G06F3/041GK101398734SQ20071017530
公開日2009年4月1日 申請日期2007年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月28日
發(fā)明者劉中華, 劉建軍, 劉新斌, 葉新林 申請人:北京匯冠新技術(shù)有限公司