專利名稱：一種觸控屏幕的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及人機(jī)交互特別是平面觸控技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種觸控屏幕。
背景技術(shù)：
觸控屏幕是1960年代后期于學(xué)術(shù)與企業(yè)研究實(shí)驗(yàn)室崛起的技術(shù)?，F(xiàn)今，許多人還認(rèn)為觸控屏幕屬于尖端技術(shù)，而實(shí)際上我們大多數(shù)人已使用觸控屏幕達(dá)25年之久，其中最常見的是ATM提款機(jī)。此外，零售點(diǎn)商店、旅游景點(diǎn)與博物館等，都已經(jīng)采用觸控屏幕顯示器達(dá)10年以上。不過，一直到Apple iPhone采用稱為投射電容的觸控技術(shù)之后，觸控屏幕才進(jìn)入主流市場，進(jìn)而受到全球消費(fèi)者的青睞。雖然觸控技術(shù)對(duì)使用者來說是非常簡單的直觀操作，但其背后的技術(shù)卻并不簡單。當(dāng)今應(yīng)用于手機(jī)、個(gè)人計(jì)算機(jī)與顯示器的觸控屏幕技術(shù)就達(dá)十余種之多。其中一些比較常見的觸控技術(shù)有電阻式、電容式、表面聲波(SAW)和紅外線矩陣等。一、電阻式電阻式是最常見的觸控屏幕技術(shù)類型。許多觸控屏幕產(chǎn)品會(huì)使用這種低成本解決方案，包括手提式計(jì)算機(jī)、PDA、消費(fèi)者電子產(chǎn)品與銷售時(shí)點(diǎn)情報(bào)系統(tǒng)(Point-of-Sale)應(yīng)用產(chǎn)品等。電阻式屏幕之所以會(huì)受歡迎，是因?yàn)閷?duì)小型屏幕來說它成本相對(duì)低廉，同時(shí)可使用多種類型的輸入工具，如手指、指套、軟硬觸控筆等。其運(yùn)作方式為電阻式觸控屏幕在顯示器表面使用一組控制器和特殊涂層的玻璃覆膜，以產(chǎn)生觸控連結(jié)信號(hào)。觸控屏幕面板由兩層薄薄的導(dǎo)電膜組成，其間以細(xì)縫隔開。當(dāng)手指等觸控對(duì)象在面板表面某個(gè)點(diǎn)進(jìn)行觸壓時(shí)，兩片導(dǎo)電層將相互連接，導(dǎo)致電流產(chǎn)生變化，進(jìn)而檢測到觸控活動(dòng)。其限制與考慮(1)電阻式覆膜主要可區(qū)分為四線式、五線式與八線式；五線式與八線式技術(shù)的制造與調(diào)校成本較高，但四線式的影像清晰度較低。(2) —般有兩種功能選項(xiàng)拋光或抗眩光。拋光可提供清晰的影像，但通常會(huì)引發(fā)眩光。抗眩光可將眩光程度降至最低，但同時(shí)因使光線散射而造成清晰度下降。(3)使用電阻式顯示器的優(yōu)點(diǎn)之丨是可用手指(戴或不戴指套)、觸控筆或硬質(zhì)物品等工具進(jìn)行操作。(4)電阻顯示器在公共環(huán)境下的應(yīng)用效能不高，原因是影像清晰度不足，需要定期調(diào)校以防電阻薄膜層失效，而且容易被刮損。(5)電阻式顯示器容易受到破壞，而在電阻層受到切割或刮損時(shí)，將無法正常接收觸控動(dòng)作。二、電容式電容式觸控屏幕是全玻璃式設(shè)計(jì)，專供ATM與類似多媒體信息站類型的應(yīng)用產(chǎn)品使用。其清晰度較之電阻式技術(shù)更佳，耐久度也適合工業(yè)應(yīng)用產(chǎn)品使用。其運(yùn)作方式屏幕上流動(dòng)著細(xì)微電流，屏幕四個(gè)角落的電路板會(huì)估算觸控覆膜所引發(fā)的電容量。觸碰屏幕時(shí)會(huì)中斷電流，然后啟動(dòng)多媒體信息站的軟件開始運(yùn)作。其限制與考慮(1)由于掛載于監(jiān)視器的玻璃與邊框可以密封，因此它具有耐久性且防水防塵。這樣的特性適合用于游戲機(jī)、販賣機(jī)、公共多媒體信息站以及工業(yè)應(yīng)用產(chǎn)品等條件嚴(yán)苛的環(huán)境。( 電容式觸控屏幕只能透過人類手指的觸摸來加以啟動(dòng)。對(duì)表面涂層的刮傷將導(dǎo)致屏幕上產(chǎn)生暗點(diǎn)，因此戴上指套的手指、觸控筆或硬質(zhì)物品都無法使用。這般限制使其無法適用于包括醫(yī)療與食物制備等領(lǐng)域的許多產(chǎn)品應(yīng)用。電容式觸控屏幕只能透過人類手指的觸摸來加以啟動(dòng)。對(duì)表面涂層的刮傷將導(dǎo)致屏幕上產(chǎn)生暗點(diǎn)，因此戴上指套的手指、觸控筆或硬質(zhì)物品都無法使用。這般限制使其無法適用于包括醫(yī)療與食物制備等領(lǐng)域的許多產(chǎn)品應(yīng)用。(3)由于該技術(shù)最初針對(duì)小尺寸屏幕所設(shè)計(jì)，因此不便應(yīng)用于較大屏幕且可能需要定期調(diào)校。三、表面聲波(SAW)表面聲波技術(shù)可提供良好的影像清晰度，因?yàn)槠涫褂眉儾ＡЫY(jié)構(gòu)。與電阻式、電容式技術(shù)相比，表面聲波技術(shù)可提供絕佳的影像清晰度、分辨率及較高的透光性。不過，這項(xiàng)技術(shù)原先是針對(duì)較小尺寸屏幕所設(shè)計(jì)，所以不便應(yīng)用于超過30時(shí)的屏幕尺寸。其運(yùn)作方式表面聲波技術(shù)使用超音波穿透觸控屏幕面板。觸碰面板時(shí)，部份聲波將被吸收。對(duì)超音波造成的變化會(huì)換算出觸摸事件發(fā)生的位置，然后該訊息會(huì)傳送至控制器進(jìn)行處理。當(dāng)聲波傳送經(jīng)過整個(gè)顯示器表面，下列情況將依序發(fā)生A)藉由反射器的數(shù)組沿著覆膜的邊緣不斷反彈，每道聲波會(huì)傳播到屏幕各處；B)兩組接收器偵測到聲波；C)當(dāng)使用者觸摸玻璃表面，其手指會(huì)吸收部份聲波能量，控制器電路裝置便藉此估算觸摸位置。表面聲波技術(shù)用于ATM、游樂場、多媒體信息站，以及銀行的應(yīng)用系統(tǒng)。其限制與考慮⑴由于該技術(shù)無法加以封裝，容易受到表面臟污及水份的破壞， 因此不適用于許多工業(yè)及商業(yè)應(yīng)用產(chǎn)品。表面臟污會(huì)導(dǎo)致屏幕上產(chǎn)生暗點(diǎn)，需要定期清潔感應(yīng)器及不定期進(jìn)行調(diào)校。(2)基于技術(shù)本身的運(yùn)作方式，使其同時(shí)也難以避免受到不必要的數(shù)據(jù)「干擾」。四、紅外線矩陣紅外線技術(shù)仰賴的是對(duì)顯示器屏幕前方的紅外線光柵造成的阻斷。觸控屏幕外框包含一整列的紅外線LED與光電三極管，其成對(duì)掛載于對(duì)立的兩側(cè)，以形成肉眼無法辨識(shí)的紅外線光柵。外框組件包含印刷電路板，其上搭載電子并隱藏于紅外線透明邊框后方。紅外線觸控屏幕較常用于制造業(yè)與醫(yī)療應(yīng)用產(chǎn)品，因?yàn)榭赏耆庋b并使用任何軟硬材質(zhì)的物品加以操作。其運(yùn)作方式屏幕邊框保護(hù)電子不受到操作環(huán)境的影響，同時(shí)幫助紅外線光通過； 紅外線控制器接續(xù)震動(dòng)LED以建立紅外線光柵；當(dāng)手指之類的觸?？毓ぞ哌M(jìn)入光柵范圍， 將會(huì)阻斷光線通過；一個(gè)或多個(gè)光電三極管會(huì)偵測到光線的消失，然后傳送信號(hào)以辨識(shí)出 χ與γ坐標(biāo)。其限制與考慮(1)紅外線的主要問題是觸控屏幕外框的位置會(huì)稍微高于屏幕本身。因此容易在手指或觸控工具實(shí)際碰觸到屏幕表面之前被提早啟動(dòng)；( 屏幕表面臟污同樣會(huì)造成在厚邊框(外框必配)內(nèi)的屏幕上發(fā)生錯(cuò)誤啟動(dòng)的情況。( 紅外線邊框的制造成本相當(dāng)昂貴。綜上所述，現(xiàn)有的觸控技術(shù)在實(shí)現(xiàn)大尺寸的觸控屏幕時(shí)其成本普遍較高。一些現(xiàn)有的觸控技術(shù)還有精確度差、透光率低等缺點(diǎn)。
實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型提供了一種觸控屏幕，該觸控屏幕能以低成本做成大尺寸，多點(diǎn)觸摸且精確度和透光率好，可靠性高。為達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的本實(shí)用新型公開了一種觸控屏幕，該觸控屏幕包括控制器、安裝在屏幕的一側(cè)邊緣的兩個(gè)光學(xué)掃描模組、安裝在屏幕的其余側(cè)邊緣的回歸反射薄膜，其中，所述每個(gè)光學(xué)掃描模組由一個(gè)攝像頭和一個(gè)紅外光源組成；每個(gè)紅外光源用于發(fā)射紅外光線，在屏幕的觸摸區(qū)域內(nèi)形成紅外光線場；回歸反射薄膜用于將發(fā)射過來的紅外光線原路反射回去；每個(gè)攝像頭用于偵測在觸摸點(diǎn)處被阻斷的紅外光線，并將該被阻斷的紅外光線與兩個(gè)攝像頭所確定的直線之間的夾角發(fā)送給控制器；控制器用于根據(jù)兩個(gè)攝像頭發(fā)送的夾角以及兩個(gè)攝像頭之間的距離進(jìn)行三角運(yùn)算，確定一個(gè)或多個(gè)觸摸點(diǎn)的位置。由上述可見，本實(shí)用新型這種在屏幕的一側(cè)邊緣安裝兩個(gè)光學(xué)掃描模組，每個(gè)光學(xué)掃描模組由一個(gè)攝像頭和一個(gè)紅外光源組成，在屏幕的其余側(cè)邊緣安裝回歸反射薄膜， 由每個(gè)攝像頭偵測在觸摸點(diǎn)處被阻斷的紅外光線，并確定該被阻斷的紅外光線與兩個(gè)攝像頭所確定的直線之間的夾角，然后根據(jù)兩個(gè)攝像頭發(fā)送的夾角以及兩個(gè)攝像頭之間的距離進(jìn)行三角運(yùn)算，確定一個(gè)或多個(gè)觸摸點(diǎn)的位置的技術(shù)方案，有采用了光學(xué)影像捕捉技術(shù)，因此隨著屏幕尺寸的增加，只需要變化兩個(gè)光學(xué)掃描模組的位置即可實(shí)現(xiàn)全屏的觸摸控制， 不需要增加額外的硬件，大大降低了實(shí)現(xiàn)成本，并且精確度和透光率高，可靠性高。

圖1是本實(shí)用新型中的觸控屏幕的組成及實(shí)現(xiàn)原理示意圖；圖2是本實(shí)用新型中確定多個(gè)點(diǎn)的位置的原理示意圖。
具體實(shí)施方式
為了使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行詳細(xì)描述。圖1是本實(shí)用新型中的觸控屏幕的組成及實(shí)現(xiàn)原理示意圖。如圖1所示，該觸控屏幕包括分別安裝在屏幕的一側(cè)邊緣的兩端的兩個(gè)光學(xué)掃描模組、安裝在矩形屏幕的其余側(cè)邊緣的回歸反射薄膜，其中，所述每個(gè)光學(xué)掃描模組由一個(gè)攝像頭和一個(gè)紅外光源組成； 另外，該觸控屏幕還包括一個(gè)控制器，該控制器在圖1中位未畫出。在圖1所示的實(shí)施例中以矩形屏幕為例進(jìn)行了說明，兩個(gè)光學(xué)掃描模組安裝在矩形屏幕的上側(cè)邊緣，而回歸反射薄膜安裝在左右兩側(cè)和下側(cè)邊緣。在本實(shí)用新型的其他實(shí)施例中，屏幕也可以其他形狀的， 如三角形等，這并不影響本實(shí)用新型技術(shù)方案的實(shí)現(xiàn)。在圖1所示的觸控屏幕中，每個(gè)紅外光源用于發(fā)射紅外光線，密布的紅外光線在矩形屏幕的觸摸區(qū)域內(nèi)形成均勻的光線場；回歸反射薄膜用于將發(fā)射過來的紅外光線原路反射回去；當(dāng)觸摸一點(diǎn)時(shí)，兩個(gè)紅外光源射出的光線被阻斷，無法通過回歸反射薄膜返回到攝像頭；每個(gè)攝像頭用于偵測同一光學(xué)掃描模組中的紅外光源的在觸摸點(diǎn)處被阻斷的紅外光線，并將該被阻斷的紅外光線與兩個(gè)攝像頭所確定的直線之間的夾角(在本實(shí)施例中即為被阻斷的紅外光線與矩形屏幕的上側(cè)邊緣之間的夾角)發(fā)送給控制器；控制器用于根據(jù)兩個(gè)攝像頭發(fā)送的夾角(θ工和θ 2)以及兩個(gè)攝像頭之間的距離(D)進(jìn)行三角運(yùn)算，確定一個(gè)或多個(gè)觸摸點(diǎn)的位置。例如，其中的一種三角運(yùn)算過程具體如下根據(jù)余弦定理可得D2= x2+y2-2xycos (180- θ r θ 2) ⑴再根據(jù)三角關(guān)系可得D = χ cos θ 1+ycos θ 2 (2)聯(lián)立公式(1)和⑵可得χ和y的值。再根據(jù)三角關(guān)系可得xl =x cos θ yl = χ sin θ這里χ 是觸摸點(diǎn)到左側(cè)邊緣的垂直距離，yl是觸摸點(diǎn)到上側(cè)邊緣的垂直距離。有了 Xl和yl便可直接確定觸摸點(diǎn)在屏幕上的位置。在圖1所示的觸控屏幕中，每個(gè)攝像頭包括一個(gè)光學(xué)傳感器，用于偵測在觸摸點(diǎn)處被阻斷的紅外光線。所述紅外光源可以是紅外LED燈，每個(gè)紅外光源可以由一個(gè)以上的紅外LED燈組成；所述矩形屏幕是平面的顯示屏幕。例如可以是矩形的液晶顯示屏幕。在圖1所示的實(shí)施例中，給出了確定一個(gè)觸摸點(diǎn)的位置的原理。但是需要說明的是，當(dāng)同時(shí)有多個(gè)觸摸點(diǎn)時(shí)本實(shí)用新型的方案同樣適用。圖2是本實(shí)用新型中確定多個(gè)點(diǎn)的位置的原理示意圖。如圖2所示，當(dāng)同時(shí)有兩個(gè)觸摸點(diǎn)時(shí)，每個(gè)觸摸點(diǎn)的位置的確定方案均同圖1所示的方案。同理，同時(shí)有三個(gè)或三個(gè)以上的觸摸點(diǎn)時(shí)也能夠確定各個(gè)觸摸點(diǎn)的位置。這里不再復(fù)述。需要說明的，當(dāng)同時(shí)有兩個(gè)以上的觸摸點(diǎn)時(shí)，會(huì)存在“鬼點(diǎn)”問題，例如在圖2中， 存在4個(gè)交叉點(diǎn)，除了觸摸點(diǎn)1和觸摸點(diǎn)2以外的另外兩個(gè)點(diǎn)即為“鬼點(diǎn)”。這里可以利用現(xiàn)有的針對(duì)鬼點(diǎn)的解決方案進(jìn)行補(bǔ)償，以降低出錯(cuò)的概率。為了保護(hù)液晶顯示屏幕和提供一個(gè)平面，還可以在液晶顯示屏幕的表面增加一個(gè)平面的保護(hù)罩，該保護(hù)罩可以是鋼化玻璃或任何基板(在電子白板時(shí)不一定需要鋼化玻璃，基板即可)。鋼化玻璃完全透光，對(duì)屏幕的色彩和亮度不造成任何損失。而電阻式和電容式的觸控屏幕需要在液晶顯示屏幕表面多層鍍膜，從而損失透光性和色彩感，在中大尺寸屏幕時(shí)尤其明顯。由上述實(shí)施例可見，本實(shí)用新型中的實(shí)現(xiàn)光學(xué)觸控屏幕的主要硬件為兩個(gè)光學(xué)掃描模組，隨著屏幕尺寸的增加，只需要變化兩個(gè)光學(xué)掃描模組的位置即可，實(shí)現(xiàn)觸控的硬件沒有增加，成本幾乎沒有變化。而電阻、電容、紅外矩陣、表面聲波觸控技術(shù)，隨著屏幕面積的增加，硬件成本會(huì)成倍增加。此外本實(shí)用新型中的觸控屏幕，采用光學(xué)影像捕捉技術(shù)，因此任何可以阻斷光線的物體都實(shí)現(xiàn)觸摸，如手指、筆等，而且不需對(duì)屏幕用力。但是常見的電容屏，只能用手指 (最好是指肚)實(shí)現(xiàn)觸摸，因此客戶在戶外寒冷環(huán)境下，需要使用導(dǎo)電的觸控筆來進(jìn)行電子教學(xué)的情況下，客戶應(yīng)用受到了限制。表1是本實(shí)用新型提供的觸控屏幕與現(xiàn)有的幾種觸控技術(shù)的性能比較。
光學(xué)觸控電容電阻聲波紅外矩陣
權(quán)利要求1.一種觸控屏幕，其特征在于，該觸控屏幕包括控制器、安裝在屏幕的一側(cè)邊緣的兩個(gè)光學(xué)掃描模組、安裝在屏幕的其余側(cè)邊緣的回歸反射薄膜，其中，所述每個(gè)光學(xué)掃描模組由一個(gè)攝像頭和一個(gè)紅外光源組成；每個(gè)紅外光源用于發(fā)射紅外光線，在屏幕的觸摸區(qū)域內(nèi)形成紅外光線場；回歸反射薄膜用于將發(fā)射過來的紅外光線原路反射回去；每個(gè)攝像頭用于偵測在觸摸點(diǎn)處被阻斷的紅外光線，并將該被阻斷的紅外光線與兩個(gè)攝像頭所確定的直線之間的夾角發(fā)送給控制器；控制器用于根據(jù)兩個(gè)攝像頭發(fā)送的夾角以及兩個(gè)攝像頭之間的距離進(jìn)行三角運(yùn)算，確定一個(gè)或多個(gè)觸摸點(diǎn)的位置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的觸控屏幕，其特征在于，每個(gè)攝像頭包括一個(gè)光學(xué)傳感器，用于偵測在觸摸點(diǎn)處被阻斷的紅外光線。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的觸控屏幕，其特征在于，所述每個(gè)紅外光源由一個(gè)以上的紅外LED燈組成；所述屏幕是平面的顯示屏幕。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的觸控屏幕，其特征在于，所述兩個(gè)光學(xué)掃描模組分別安裝在屏幕的一側(cè)邊緣的兩端。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的觸控屏幕，其特征在于，所述屏幕是矩形的屏幕，所述兩個(gè)光學(xué)掃描模組分別安裝在屏幕的任意一側(cè)邊緣，所述回歸反射薄膜安裝在屏幕的其余三側(cè)邊緣。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的觸控屏幕，其特征在于，該觸控屏幕進(jìn)一步包括放置于屏幕表面的平面的保護(hù)罩。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的觸控屏幕，所述保護(hù)罩是鋼化玻璃或基板。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種觸控屏幕。該觸控屏幕包括控制器、安裝在屏幕的一側(cè)邊緣的兩個(gè)光學(xué)掃描模組、安裝在屏幕的其余側(cè)邊緣的回歸反射薄膜，其中，所述每個(gè)光學(xué)掃描模組由一個(gè)攝像頭和一個(gè)紅外光源組成。每個(gè)紅外光源用于發(fā)射紅外光線；回歸反射薄膜用于將發(fā)射過來的紅外光線原路反射回去；每個(gè)攝像頭用于偵測在觸摸點(diǎn)處被阻斷的紅外光線，并將該被阻斷的紅外光線與兩個(gè)攝像頭所確定的直線之間的夾角發(fā)送給控制器；控制器根據(jù)兩個(gè)攝像頭發(fā)送的夾角以及兩個(gè)攝像頭之間的距離進(jìn)行三角運(yùn)算，確定一個(gè)或多個(gè)觸摸點(diǎn)的位置。本實(shí)用新型的技術(shù)方案能以低成本做成大尺寸，多點(diǎn)觸摸且精確度和透光率好，可靠性高的觸控屏幕。
文檔編號(hào)G06F3/042GK201955765SQ201120047819
公開日2011年8月31日 申請(qǐng)日期2011年2月25日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月25日
發(fā)明者尤鵬飛 申請(qǐng)人:深圳市觸幕經(jīng)芯科技有限公司