用于多點(diǎn)紅外觸摸屏的光路系統(tǒng)和掃描檢測(cè)方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種用于多點(diǎn)紅外觸摸屏的光路系統(tǒng),尤其是可以識(shí)別4個(gè)以上觸摸點(diǎn)的光路系統(tǒng)。本發(fā)明的接收點(diǎn)分為M個(gè)接收組,其中M≥N+1,N≥4是要識(shí)別的觸摸點(diǎn)數(shù);第一至第四組接收點(diǎn)安裝在觸摸屏的4個(gè)頂角,其余每組內(nèi)包含有2~4個(gè)接收點(diǎn),安裝在邊框上,分別都與對(duì)應(yīng)的發(fā)射點(diǎn)所構(gòu)成多個(gè)覆蓋整個(gè)觸摸區(qū)域的掃描層。本發(fā)明給出了能識(shí)別觸摸點(diǎn)的數(shù)量與構(gòu)成光路的各組接收點(diǎn)之間的關(guān)系和具體結(jié)構(gòu),提供了觸摸屏光路設(shè)計(jì)的基本方案。本發(fā)明的光路系統(tǒng)具有掃描線交織密度大、接收元件的數(shù)量少、暴露面積小的特點(diǎn),在能夠完全檢測(cè)多個(gè)觸摸點(diǎn)的同時(shí),還具有能夠降低設(shè)計(jì)和生產(chǎn)成本、縮短觸摸屏的響應(yīng)時(shí)間、提升抗光電抗干擾能力等優(yōu)點(diǎn)。
【專利說明】用于多點(diǎn)紅外觸摸屏的光路系統(tǒng)和掃描檢測(cè)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及人機(jī)交互【技術(shù)領(lǐng)域】,尤其涉及一種用于可以識(shí)別多個(gè)觸摸點(diǎn)尤其是4個(gè)以上觸摸點(diǎn)的紅外觸摸屏的光路系統(tǒng)以及收發(fā)紅外信號(hào)的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前各種包含有計(jì)算機(jī)或微處理器的電子裝置、設(shè)備正加速朝結(jié)合觸控技術(shù)發(fā)展。隨著科技的進(jìn)步,紅外觸摸屏技術(shù)也經(jīng)歷了從單點(diǎn)向多點(diǎn)逐步升級(jí)和發(fā)展的過程。在這個(gè)過程中,出現(xiàn)了很多種能夠識(shí)別一個(gè)以上觸摸點(diǎn)的光路結(jié)構(gòu)方案。
[0003]以號(hào)碼為 200710100010.2、200710117751.I 和 200710031082.6、200810025705.3,200810044631.8,200910058459.6,201010224550.3,200820042636.2、200710021686.X,200910039047.8,200920079315.4,201010270368.1,200710029363.8、200810065714.5,200910038494.1,200910038490.3,200910040011.1 為代表的中國(guó)專利或?qū)@暾?qǐng),給出了很多種不同的技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)觸摸,全部或部分解決了多點(diǎn)識(shí)別的問題??偨Y(jié)這些技術(shù)方案,可以歸結(jié)為以下幾個(gè)基本方案:第一種,在觸摸表面(區(qū)域)的四個(gè)邊緣排布了若干對(duì)紅外發(fā)射和紅外接收對(duì)管,采用同軸/離軸多重掃描的方式,通過附加的斜向掃描方式,形成多個(gè)觸摸點(diǎn)的第二套坐標(biāo)集合,再與原來正交掃描的坐標(biāo)值集合求解交集,從而剔除偽觸摸點(diǎn)。第二種,增加更多的硬件結(jié)構(gòu),如一套發(fā)射單元對(duì)應(yīng)兩套不同的接收單元,構(gòu)成同時(shí)掃描的同軸/離軸掃描系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)第一種方式的坐標(biāo)值集合交集計(jì)算方案。有的還包括擴(kuò)展發(fā)射元件發(fā)射角或接收元件接收角的光學(xué)透鏡。第三種,在觸摸屏的一個(gè)或者兩個(gè)頂角增加攝像頭,利用攝像頭拍攝的圖像得到觸摸點(diǎn)另一組坐標(biāo)值集合,再與紅外矩陣所得到的坐標(biāo)值集合進(jìn)行運(yùn)算,得到觸摸點(diǎn)的真實(shí)坐標(biāo);或者增加與觸摸屏表面所在的X、Y方向成一定角度甚至垂直的第三方向的紅外光源的方式,實(shí)現(xiàn)對(duì)多觸摸點(diǎn)的檢測(cè)。
[0004]雖然這些技術(shù)方案在實(shí)用中能取得一定的技術(shù)效果,但是依舊存在各種問題,除部分技術(shù)方案不完整,只能實(shí)現(xiàn)局部的多點(diǎn)觸摸檢測(cè),以及增加另外的一套紅外發(fā)射或者接收元件,增加產(chǎn)品硬成本外,還有兩個(gè)比較突出的問題。首先,這些方案都沒有給出掃描光線的方向或數(shù)量與可分辨的觸摸點(diǎn)之間的關(guān)系,設(shè)計(jì)者只能設(shè)置較大的離軸掃描的范圍以保證多個(gè)觸摸點(diǎn)都能被偵測(cè)到,經(jīng)常導(dǎo)致光路和電路設(shè)計(jì)很復(fù)雜,既超過了實(shí)際的需要,又增加了設(shè)計(jì)、調(diào)試和生產(chǎn)的難度而造成浪費(fèi);其次,同軸/離軸多重掃描的技術(shù)方案,存在掃描周期過長(zhǎng)或者數(shù)據(jù)處理程序復(fù)雜的問題,或者需要使用高性能處理器而增加產(chǎn)品成本,或者使用低成本處理器但降低了觸摸屏的響應(yīng)速度,或者將數(shù)據(jù)上傳到上位機(jī)上進(jìn)行運(yùn)算而不能實(shí)現(xiàn)免驅(qū)設(shè)計(jì),同時(shí)占用很多上位機(jī)的資源。
[0005]號(hào)碼為200910109665.5 ①、201110051012.3 ②、201110304458.2 ③的中國(guó)專利申
請(qǐng)公開了三種幾乎全部使用斜向掃描的紅外觸摸屏的光路系統(tǒng)。①號(hào)申請(qǐng)的基本結(jié)構(gòu)是在觸摸區(qū)域的三個(gè)或四個(gè)頂角安裝紅外發(fā)射元件、四個(gè)邊緣安裝紅外接收元件陣列,目的是實(shí)現(xiàn)對(duì)多個(gè)觸摸點(diǎn)的檢測(cè)。但是這個(gè)方案依舊存在以下三個(gè)缺陷: 第一,存在原理上的缺陷。即便在四個(gè)頂角各安裝一個(gè)或一組發(fā)射點(diǎn)這樣最理想的情況下,在觸摸屏內(nèi)的大部分區(qū)域會(huì)存在4條不同方向的掃描光線,理論上在大部分區(qū)域能實(shí)現(xiàn)對(duì)3個(gè)觸摸點(diǎn)的識(shí)另O,但無法保證識(shí)別原申請(qǐng)文件所宣稱的6個(gè)觸摸點(diǎn)。圖1給出了一種幾率很大的情況就可說明這個(gè)問題——第四個(gè)觸摸點(diǎn)D位于前三個(gè)觸摸點(diǎn)A、B、C的陰影之中,只能阻擋接收元件組101所應(yīng)該接收的光線(圖中帶箭頭的粗虛線),沒有第二條光線被阻擋而無法被檢測(cè)定位。另一種情況是在中心區(qū)域,四條掃描光線接近兩兩平行于觸摸屏的兩條對(duì)角線,見圖1,這時(shí)理論上只能識(shí)別一個(gè)觸摸點(diǎn),如果存在兩個(gè)觸摸點(diǎn)E、F,則會(huì)形成兩個(gè)和真實(shí)觸摸點(diǎn)形狀、面積均相近的偽觸摸點(diǎn)(俗稱鬼點(diǎn))G、H,增加了后期軟件去除鬼點(diǎn)的難度。
[0006]第二,這個(gè)技術(shù)方案對(duì)紅外發(fā)射元件和接收元件的規(guī)格要求很高,會(huì)增加產(chǎn)品的成本。因?yàn)榘惭b在頂角的發(fā)射元件在在每個(gè)掃描周期內(nèi)有1/4?1/2的時(shí)間在工作,不像對(duì)管正交掃描模式下發(fā)射管在每個(gè)掃描周期內(nèi)只被選通一次,并且要求其有效發(fā)射角度不小于90度,因此為了使檢測(cè)信號(hào)的達(dá)到一定強(qiáng)度以保證一定的信噪比、可靠地檢測(cè)到觸摸物,只能使用以下兩個(gè)方式:其一,加大紅外發(fā)射元件的發(fā)射功率,即增加其工作電流。眾所周知,紅外發(fā)射一般為紅外發(fā)射二級(jí)管,其工作壽命隨工作電流的增加會(huì)迅速縮短,因此必須使用大功率、大尺寸的紅外發(fā)射管,既增加了成本又會(huì)限制紅外觸摸屏邊框尺寸的小型化。其二,增加紅外接收元件的檢測(cè)靈敏度,也就是增加接收管芯片的面積。而增加芯片的面積,必然伴隨元器件成本的上升,而這個(gè)方案中使用了大量的紅外接收管,所以會(huì)對(duì)產(chǎn)品的成本影響很大。在大發(fā)射角度的情況下,紅外信號(hào)的強(qiáng)度基本上與距離的平方成反比,因此尺寸越大的觸摸屏越需要更強(qiáng)的發(fā)射信號(hào)或者更高的檢測(cè)靈敏度,對(duì)成本的影響越嚴(yán)重。
[0007]第三,大量的接收管將會(huì)增加產(chǎn)品抗干擾性的設(shè)計(jì)和制造難度。在觸摸屏尺寸較小時(shí),可以使用光電三極管作為接收元件,但是紅外三極管雖然抗電磁干擾的能力較好,但抗環(huán)境光的干擾能力卻很差,四周都安裝接收管,暴露面積大,抗光措施不容易實(shí)施,因此很容易在燈光或日光的照射下發(fā)生飽和現(xiàn)象而失去對(duì)小信號(hào)的檢測(cè)能力。在觸摸屏尺寸較大時(shí),為提升觸摸屏的響應(yīng)速度而常需要使用頻率特性比光電三極管好得多的光電二極管。雖然光電二極管抗環(huán)境光的能力較強(qiáng),但是光電二極管輸出的信號(hào)很微弱,很容易受到驅(qū)動(dòng)紅外發(fā)射管的大電流脈沖信號(hào)和顯示面板所產(chǎn)生的電磁輻射的干擾,增加了設(shè)計(jì)和生產(chǎn)成本。另外,大量的紅外接收元件需要使用切換開關(guān)來將其接入信號(hào)處理電路,會(huì)產(chǎn)生開關(guān)噪聲,并且元件參數(shù)離散性所產(chǎn)生的電平跳變問題等都很難處理,常需要降低掃描速度給信號(hào)更長(zhǎng)的穩(wěn)定時(shí)間。關(guān)于開關(guān)噪聲、電平跳變的問題,不僅申請(qǐng)①存在,幾乎所有具有“一發(fā)多收”光路結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì),都存在這個(gè)問題。
[0008]申請(qǐng)②采用了與申請(qǐng)①相反的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),即四角安裝紅外接收元件、四邊安裝紅外發(fā)射原件。因?yàn)檫@種設(shè)計(jì)使用的接收元件少、暴露面積小,因此既可以使用成本較高的高靈敏度接收元件和常規(guī)的紅外發(fā)射元件而對(duì)成本的影響很小,又因?yàn)榧t外接收元件的安裝集中、暴露面積小,使得抗光電干擾的設(shè)計(jì)和產(chǎn)品的生產(chǎn)容易得多。因此,申請(qǐng)②基本上克服了申請(qǐng)①的第二個(gè)和第三個(gè)缺陷。但是這個(gè)申請(qǐng)的技術(shù)方案部分依舊沒有克服申請(qǐng)①的技術(shù)缺陷;附加的技術(shù)方案雖然可以準(zhǔn)確識(shí)別兩個(gè)觸摸點(diǎn),但也沒有給出可識(shí)別的觸摸點(diǎn)的數(shù)量和和掃描光路的設(shè)置之間的關(guān)系。
[0009]申請(qǐng)③雖然因?yàn)樯偈褂昧舜罅考t外發(fā)射管,所以具有成本上的優(yōu)勢(shì)。但是因?yàn)樵跊]有安裝紅外發(fā)射管的邊框附近存在著一個(gè)方向的分辨率過低、觸摸物難以精確定位的問題,具有先天缺陷,因此不是一個(gè)非常實(shí)用的技術(shù)方案,故在此不再做過多介紹。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0010]技術(shù)方案
為敘述方便,除非涉及元件本身的結(jié)構(gòu)或特定的安裝結(jié)構(gòu),在本發(fā)明的一般情況下都將安裝在觸摸屏邊框上確定位置的紅外接收元件都定義為接收點(diǎn),而不涉及這個(gè)確定位置安裝有一只還是多只紅外接收元件;每只紅外發(fā)射元件也設(shè)定為一個(gè)發(fā)射點(diǎn)。這樣就把光路系統(tǒng)簡(jiǎn)化為發(fā)射點(diǎn)和接收點(diǎn)之間的關(guān)系。
[0011]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)所存在的問題,本發(fā)明提供一種用于4點(diǎn)以上紅外觸摸屏的光路系統(tǒng),包括有若干個(gè)接收點(diǎn)和排列安裝于矩形觸摸表面四個(gè)邊緣的發(fā)射點(diǎn),其中所述的紅外接收點(diǎn)分為M個(gè)接收組,M不小于N + 1,其中N≥4為要識(shí)別的觸摸點(diǎn)數(shù);其中第I組至第4組包含至少一個(gè)接收點(diǎn),分別安裝于所述觸摸表面邊緣的4個(gè)頂角處,其接收組的有效接收角內(nèi)包含該頂對(duì)面的兩條鄰邊上安裝的所有發(fā)射點(diǎn);第5組包含有4個(gè)接收點(diǎn),兩兩對(duì)應(yīng)分別不全部關(guān)于觸摸屏中心對(duì)稱地安裝在所述觸摸表面4邊緣中相對(duì)的兩個(gè)邊緣上,要求每一只接收點(diǎn)的有效接收角內(nèi)至少包含其對(duì)邊所有的發(fā)射點(diǎn);其余各接收組包含有2或4個(gè)接收點(diǎn);其中包含有4個(gè)接收點(diǎn)的組的安裝方式和要求與所述第5組相同但不與其它接收點(diǎn)重合;包含有2個(gè)接收點(diǎn)的組,組內(nèi)兩個(gè)接收點(diǎn)分別不與其它接收點(diǎn)不重合地安裝在所述觸摸屏邊緣的兩個(gè)對(duì)邊上,其有效接收角內(nèi)包含安裝在其對(duì)邊和鄰邊上、靠近所述對(duì)邊的一端、合計(jì)占紅外發(fā)射點(diǎn)總數(shù)1/2的發(fā)射點(diǎn);所述每只發(fā)射點(diǎn)的有效散射角,不小于該發(fā)射元件與被設(shè)定接收其發(fā)射的紅外線的任一紅外接元件之間的連線與其光軸線之間的夾角。
[0012]進(jìn)一步,所述第4組以后包含有2個(gè)接收點(diǎn)的接收組,組內(nèi)兩個(gè)接收點(diǎn)與其他接收點(diǎn)不重合地分別安裝在所述觸摸屏邊緣的兩個(gè)長(zhǎng)邊上。
[0013]另一種方式,所述第4組包含有2個(gè)接收點(diǎn)的接收組,組內(nèi)兩個(gè)接收點(diǎn)也可以分別安裝在所述觸摸屏邊緣的兩個(gè)短邊上。在這種結(jié)構(gòu)中,如果紅外發(fā)射元件的有效發(fā)射角不夠大,那么所述安裝在觸摸屏兩個(gè)長(zhǎng)邊上的發(fā)射點(diǎn),在靠近一側(cè)短邊的部分發(fā)射元件的光軸向另一側(cè)短邊所在的方向傾斜,以保證所對(duì)應(yīng)安裝在兩個(gè)短邊上的接收點(diǎn)能夠接收到強(qiáng)度足夠的紅外信號(hào)。
[0014]更進(jìn)一步,構(gòu)成所述的發(fā)射點(diǎn)的紅外發(fā)射元件是廣角紅外發(fā)射二極管;構(gòu)成所述接收點(diǎn)的紅外接收元件是廣角的光電二極管、光電三極管或者光電池中的一種。
[0015]在本發(fā)明中包含有多個(gè)接收點(diǎn),如果每個(gè)接收點(diǎn)都與一路信號(hào)處理通道(電路)相連接,那么系統(tǒng)將會(huì)很臃腫復(fù)雜,成本也很高。由于本發(fā)明所述的發(fā)射點(diǎn)是按設(shè)定的次序分時(shí)發(fā)射紅外線,所以只需要在某個(gè)接收點(diǎn)對(duì)應(yīng)的發(fā)射點(diǎn)發(fā)光時(shí)接入電路即可,所以所述各個(gè)接收點(diǎn)的光電信號(hào)輸出端,通過被觸摸屏內(nèi)部微控制器所控制的切換開關(guān),被分時(shí)與觸摸屏內(nèi)部的信號(hào)處理電路的輸入端相耦合連接。 [0016]一種用于4點(diǎn)以上紅外觸摸屏的檢測(cè)方法,包含有如下步驟:A.設(shè)定每個(gè)接收組內(nèi)各接收點(diǎn)與每個(gè)發(fā)射點(diǎn)對(duì)應(yīng)關(guān)系并存儲(chǔ)到非易失性存儲(chǔ)器的步驟;B.讀取步驟A中的設(shè)定值,選通切換每個(gè)接收點(diǎn)的輸出端耦合連接到信號(hào)處理通道輸入端的步驟;C.依據(jù)步驟A的設(shè)定,按一定順序驅(qū)動(dòng)發(fā)射點(diǎn)發(fā)射紅外線的步驟。
[0017]進(jìn)一步,在步驟B和步驟C中,還可以包含有如下步驟:在驅(qū)動(dòng)發(fā)射點(diǎn)依次發(fā)射紅外線的不同幀內(nèi),根據(jù)步驟A的設(shè)定,切換不同的接收點(diǎn)的輸出端到信號(hào)處理通道的輸入端。
[0018]在上述用于多點(diǎn)紅外觸摸屏的光路系統(tǒng)收發(fā)紅外信號(hào)的方法,被用于驅(qū)動(dòng)所述設(shè)置在不同邊緣的發(fā)射點(diǎn)的電信號(hào),可以是被不同頻率所調(diào)制的脈沖信號(hào)。
[0019]有益效果
本發(fā)明給出了要檢測(cè)的觸摸點(diǎn)的數(shù)量與能夠?qū)嵤z測(cè)的最簡(jiǎn)光路系統(tǒng)之間的關(guān)系,解決了現(xiàn)有紅外觸摸屏在實(shí)現(xiàn)多觸摸點(diǎn)檢測(cè)識(shí)別方面所存在的問題,為多點(diǎn)紅外觸摸屏的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)提供了具體的結(jié)構(gòu)方案。因?yàn)楸景l(fā)明光路系統(tǒng)所產(chǎn)生的掃描線的交織密度大,所以能夠在不降低分辨率前提下實(shí)現(xiàn)低成本全屏幕多觸摸點(diǎn)的完全檢測(cè),并能夠提升掃描速度而縮短觸摸屏的響應(yīng)時(shí)間。同時(shí),因?yàn)槭褂玫慕邮赵臄?shù)量少,暴露面積小,因此還具有容易提升抗光電抗干擾能力等益處。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0020]圖1為現(xiàn)有技術(shù)的光路和觸摸點(diǎn)之間的關(guān)系不意圖;
圖2為第4組以后每組中包含有2個(gè)接收點(diǎn)的掃描光線覆蓋示意圖;
圖3為第4組以后每組中包含有4個(gè)接收點(diǎn)的掃描光線覆蓋示意圖;
圖4為檢測(cè)4個(gè)觸摸點(diǎn)的光路結(jié)構(gòu)的示意圖;
圖5為檢測(cè)5個(gè)觸摸點(diǎn)的光路結(jié)構(gòu)的示意圖;
圖6為檢測(cè)6個(gè)觸摸點(diǎn)的光路結(jié)構(gòu)的示意圖;
圖7為圖4所不光路的一種可用的信號(hào)切換電路的原理圖;
圖8為紅外發(fā)射管在邊框上傾斜安裝的示意圖;
圖9為檢測(cè)方法的基本流程圖;
圖1Oa?IOd為本發(fā)明方法的一個(gè)實(shí)施例的掃描順序圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021]下面結(jié)合附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的實(shí)施原理和實(shí)施例。
[0022]圖1既是現(xiàn)有技術(shù)的光路和觸摸點(diǎn)之間的關(guān)系示意圖,又是本發(fā)明中安裝在觸摸屏105四個(gè)頂角的第I?第4個(gè)接收點(diǎn)組(接收點(diǎn))101、102、103、104與安裝在四個(gè)邊框上的發(fā)射點(diǎn)陣列106所構(gòu)成的光路的示意圖。
[0023]根據(jù)數(shù)學(xué)和幾何學(xué)的原理,同一平面內(nèi)兩條不平行的直線有且只有一個(gè)交點(diǎn)。如果這兩條直線的方程是已知的,那么他們的交點(diǎn)的坐標(biāo)就是可知的。這個(gè)原理應(yīng)用在紅外觸摸屏上,如果要識(shí)別一個(gè)觸摸物(有一定尺寸的物體而非一個(gè)無尺寸的點(diǎn)),該觸摸物就要遮擋兩條不平行的已知光線。因此如果在觸摸區(qū)域內(nèi)要可靠識(shí)別N個(gè)觸摸物,在最壞的情況下一即N-1個(gè)觸摸物阻擋了 N-1條光線,還剩下一個(gè)觸摸物,需要阻擋至少兩條檢測(cè)光線才能被檢測(cè)到,那么就需要在整個(gè)觸摸區(qū)域內(nèi)有(N-1)+2=N+1條光線。
[0024]應(yīng)用在使用圖1所示光路的紅外觸摸屏上,在分辨率足夠的條件下(即邊框上發(fā)射點(diǎn)的密度很高),雖然這個(gè)光路在觸摸屏內(nèi)部的大部分區(qū)域內(nèi)的任一點(diǎn)上都有4條不同方向的已知光線,在兩條光線被兩個(gè)觸摸物所遮擋的情況下,依舊還有兩條光線可以用于確定第三個(gè)觸摸點(diǎn)的位置,因此理論上可以可靠識(shí)別3個(gè)觸摸點(diǎn);但是在屏幕中間區(qū)域,所有光線的方向只有兩個(gè),來自四個(gè)頂角的四條光線接近兩兩平行于觸摸屏的對(duì)角線,直線方程基本相同,因此在這個(gè)區(qū)域只能可靠識(shí)別一個(gè)觸摸物。如果要在這個(gè)區(qū)域可靠識(shí)別更多的觸摸物,就要增加其他方向、直線方程不同的掃描光線。
[0025]在本發(fā)明中,之所以將接收點(diǎn)分為M組,MS N+1,就是因?yàn)橐诩t外觸摸屏中的任何位置都形成至少M(fèi)組不同方程的已知光線,即要求每一組接收點(diǎn)的檢測(cè)范圍都能覆蓋整個(gè)觸摸區(qū)域,形成一個(gè)“掃描層”。這樣即使在最壞的情況下,任何一個(gè)觸摸物也只可能阻擋“破壞”掉一個(gè)“掃描層”(僅會(huì)出現(xiàn)在第I~第4組當(dāng)觸摸物完全阻擋某組接收點(diǎn)時(shí),一般情況下只是另外的觸摸物位于這個(gè)觸摸物的陰影中而無法被該層的光線照射到),這樣依舊可以保證還剩下M-1層用于識(shí)別N-1個(gè)觸摸物,即滿足
M-1 = N+1-1 =N^N-1的條件,可以在任何情況下都能保證可靠地識(shí)別N個(gè)觸摸物而不發(fā)生遺漏的現(xiàn)象。
[0026]為滿足上述條件,在本發(fā)明中,除了第I~第4組接收點(diǎn)因安裝位置特殊的緣故,可用一只有效接收角度不小于90°的廣角接收元件(如光電二、三極管或光電池等光敏元件)同時(shí)對(duì)應(yīng)對(duì)面兩條邊框上的發(fā)射點(diǎn)而覆蓋整個(gè)觸摸區(qū)域、形成一個(gè)掃描層以外,第5組以后的接收點(diǎn)組因?yàn)榘惭b位置的緣故,都至少要包含至少兩個(gè)接收點(diǎn)201、202,如圖2所示分別安裝在觸摸屏相對(duì)的兩個(gè)邊框上,互相補(bǔ)充來接收從四個(gè)邊框上發(fā)射的紅外線,才能形成覆蓋整個(gè)觸摸區(qū)域的掃描層。這是因?yàn)橐环绞馨l(fā)射點(diǎn)和接收點(diǎn)的有效發(fā)射角和接收角的限制,任意一個(gè)接收點(diǎn)都難以形成180°的覆蓋區(qū)域而有效地接收其余三個(gè)邊框上發(fā)射點(diǎn)所發(fā)射的紅外線、獨(dú)立形成一個(gè)掃描層;另一方面即使不受發(fā)射和接收角度限制,也不希望在邊框附近形成多條與邊框平行、直線方程相近的掃描線,致使在邊框附近的有效的掃描光線減少,大為降低對(duì)觸摸物的識(shí)別率和分辨率。
[0027]另一個(gè)方案是每個(gè)接收組也可以包含4個(gè)接收點(diǎn),如圖3所示,構(gòu)成另一種結(jié)構(gòu)的掃描層。這樣位于相對(duì)的邊框上的兩個(gè)接收點(diǎn)301、303與安裝在另外兩個(gè)邊框上的兩個(gè)接收點(diǎn)302、304的掃描光線互相交叉得更多,能夠形成更多方向的掃描光線,減少光線被觸摸物阻擋形成無掃描光線的區(qū)域。
[0028]如果要綜合考慮元器件的使用數(shù)量、PCB布線和數(shù)學(xué)運(yùn)算量等幾個(gè)因素,交替使用每組包含2個(gè)和4個(gè)接收點(diǎn)的接收組是較佳的方案。
[0029]實(shí)施例1
如圖4所示,是一個(gè)可以有效檢測(cè)到4個(gè)觸摸點(diǎn),即圖中用A、B、C、D四個(gè)圓表示的四個(gè)觸摸物與掃描光線的示意圖。圖中除了安裝在觸摸屏四個(gè)頂角的四組接收點(diǎn)101~104以外,又增加了如圖3所示的由接收點(diǎn)301~304構(gòu)成的一組紅外接收組,與頂角的接收組構(gòu)成了 5個(gè)掃描層。這樣在整個(gè)觸摸區(qū)域內(nèi)的任何一點(diǎn)都有5條直線方程不同的掃描光線,保證了在任何情況下每個(gè)觸摸物都能阻擋至少兩條光線,實(shí)現(xiàn)能夠有效識(shí)別4個(gè)觸摸點(diǎn)(物)的目的。需要特別說明的是,安裝在邊框上的一組(第五組)接收點(diǎn),不是完全對(duì)稱地安裝,這樣能避免在觸摸區(qū)域的中心附近的掃描線的直線方程趨于相同、致使可檢測(cè)的觸摸物減少的問題。
[0030]圖4中包含了至少8個(gè)接收點(diǎn),如果使用8個(gè)信號(hào)處理通道分別來處理各自接收到的紅外光電信號(hào),既復(fù)雜又浪費(fèi)。這是因?yàn)槊總€(gè)紅外接收點(diǎn)只負(fù)責(zé)接收其對(duì)面的邊框上發(fā)射點(diǎn)的紅外線,且發(fā)射點(diǎn)又是按照一定的順序次序發(fā)光,因此只要在每個(gè)接收點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的發(fā)射點(diǎn)發(fā)光時(shí),其光電信號(hào)輸出端被耦合接通到信號(hào)處理電路的信號(hào)輸入端即可實(shí)現(xiàn)對(duì)光電信號(hào)的放大處理。為此對(duì)應(yīng)于圖4,圖7給出了一種可用的光電信號(hào)切換的原理圖。圖中,紅外接收點(diǎn)101?104、301?304的輸出端通過切換開關(guān)701中的多通道電子開關(guān)K0、Kl、K2,在觸摸屏內(nèi)的微控制器703 (MCU)控制下,被分別耦合輸出到信號(hào)處理電路702的三個(gè)信號(hào)處理通道ΑΜΡ0、ΑΜΡ1、ΑΜΡ2的輸入端;被放大濾波整形或者A/D采樣等處理后,通過MCU的I/O的輸入到MCU內(nèi)部。
[0031]在這里之所以說接收點(diǎn)的信號(hào)輸出端被耦合輸出,是因?yàn)樵诓煌闆r下,接收點(diǎn)的輸出端與信號(hào)處理電路的輸入端的連接方式不同,在連接的路徑上很可能經(jīng)過了預(yù)放大等中間電路,因此在此稱為耦合輸出或耦合連接。
[0032]實(shí)施例2
如圖5所示,是一個(gè)可以有效檢測(cè)到5個(gè)觸摸點(diǎn),即圖中的Α、B、C、D、E五個(gè)圓表示的觸摸物與掃描光線的示意圖。與圖4類似,這里又增加一組由接收點(diǎn)501?504構(gòu)成接收點(diǎn)組,保證了在觸摸屏內(nèi)任何區(qū)域內(nèi)都分布有6條方向各不相同的掃描線。在這個(gè)實(shí)施例中,因?yàn)榻邮拯c(diǎn)的分布已經(jīng)比較分散,所以即便是接收點(diǎn)關(guān)于觸摸屏的X和Y方向?qū)ΨQ,也不會(huì)導(dǎo)致某處掃描光線的方向少于6條的情況。與圖4的實(shí)施例相似,這里也可以使用切換開關(guān)將各個(gè)接收點(diǎn)的輸出端與信號(hào)處理通道的輸入端耦合連接。
[0033]實(shí)施例3
如圖6所示,是一個(gè)可以有效檢測(cè)到6個(gè)觸摸點(diǎn)的光路結(jié)構(gòu)示意圖,即圖中的Α、B、C、D、E、F六個(gè)圓表示的觸摸物與掃描光線的示意圖。這里增加了由兩只紅外接收點(diǎn)601、602構(gòu)成接收點(diǎn)組。在這個(gè)實(shí)施例中,由接收點(diǎn)601、602與發(fā)射點(diǎn)構(gòu)成的掃描層的光路類似于圖2所示的結(jié)構(gòu)。由于這里只有兩個(gè)接收點(diǎn),為了信號(hào)輸出的一致性更好以方便后面電路的處理,可以安裝在觸摸屏邊框的長(zhǎng)邊的中間位置。也可以將圖2所示對(duì)應(yīng)接收點(diǎn)的發(fā)射點(diǎn)的分界點(diǎn)設(shè)置在短邊的中間位置。事實(shí)上圖2所示對(duì)應(yīng)兩個(gè)接收點(diǎn)的發(fā)射點(diǎn)的分界,考慮了接收點(diǎn)接收到的紅外線的接收角度、安裝位置因素,盡可能使接收點(diǎn)產(chǎn)生的掃描檢測(cè)光電流的大小一致。
[0034]對(duì)應(yīng)于接收點(diǎn)601、602的信號(hào)切換電路,只要將圖7所示的單刀四擲的切換開關(guān)更換為單刀雙擲的電子開關(guān)即可。
[0035]實(shí)施例4
針對(duì)圖6所示結(jié)構(gòu),由接收點(diǎn)601、602所構(gòu)成的紅外接收組還可以安裝在觸摸屏邊框的短邊,如圖8所示。但是因?yàn)榘l(fā)射點(diǎn)的發(fā)射角很大時(shí)光線更分散,在發(fā)射功率一定的情況下也就意味著單位面積上的光功率減小,因此在圖8中給出了一種發(fā)射元件在長(zhǎng)邊的端部附近傾斜安裝的結(jié)構(gòu)。這樣,如果安裝在觸摸屏邊框長(zhǎng)邊上的任一只個(gè)發(fā)射點(diǎn)801與接收點(diǎn)802之間的連線,與發(fā)射元件的光軸線之間的夾角Θ小于紅外發(fā)射元件的有效發(fā)射角的一半,即可保證接收點(diǎn)802能夠接收到功率合適的紅外線。
[0036]上述實(shí)施例所給出的是在任何正常觸摸的情況下都能檢測(cè)到設(shè)定數(shù)量的觸摸點(diǎn)的光路結(jié)構(gòu)。所述正常觸摸情況,是指觸摸物不是特別大,比如尺寸不很大,不會(huì)同時(shí)全部阻擋了幾個(gè)接收點(diǎn)的光路。但是在實(shí)際應(yīng)用中,上述的各個(gè)實(shí)施例通常可以檢測(cè)到比設(shè)定的觸摸物更多的觸摸點(diǎn)。如在圖4所示的光掃描層中,只有一條掃描光線的區(qū)域只占整個(gè)觸摸區(qū)域的一小部分,很多地方都有不止一個(gè)方向的掃描光線,在掃描光線多的地方,能滿足檢測(cè)到更多觸摸物的條件。再與其它“掃描層”的光線相疊加,就會(huì)出現(xiàn)很多超過光線的方向數(shù)比M多很多的區(qū)域。因此,能否檢測(cè)到更多的觸摸物是個(gè)概率問題。比如,觸摸物位于只有一個(gè)方向掃描光線的區(qū)域的概率是多大(與操作和軟件相關(guān));如果觸摸物位于上述區(qū)域,那么其它觸摸點(diǎn)把其余方向的光線遮擋幾條的概率各是多大。因此能否檢測(cè)到更多的觸摸物,是這些概率的運(yùn)算。當(dāng)然,各個(gè)組中包含的接收點(diǎn)越多、發(fā)射點(diǎn)之間的間距越密、觸摸物的等效直徑越小(大于最低物理分辨力的情況下),檢測(cè)到比設(shè)定的數(shù)量更多的觸摸物的概率就越大。例如在圖6所示的光路結(jié)構(gòu)中,在觸摸區(qū)域的中部,可以檢測(cè)到8?10個(gè)甚至更多的觸摸點(diǎn)。但也正是因?yàn)檫@種應(yīng)用是依靠概率的大小來實(shí)現(xiàn)更多觸摸點(diǎn)的檢測(cè),所以可以說是對(duì)本發(fā)明的一種劣化應(yīng)用。
[0037]可以與本發(fā)明的光路結(jié)構(gòu)相配合的一種掃描檢測(cè)的基本方法見圖9。如圖所示,所述方法包含有以下步驟:
I)初始化,讀取發(fā)射點(diǎn)和接收點(diǎn)之間對(duì)應(yīng)關(guān)系的步驟901。在這個(gè)步驟中,紅外觸摸屏中MCU的執(zhí)行代碼讀取已經(jīng)設(shè)定好的發(fā)射點(diǎn)和接收點(diǎn)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系,如圖1?圖6所示的光路結(jié)構(gòu)的要求。
[0038]2)在讀取得到紅外發(fā)射點(diǎn)和接收點(diǎn)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系后,MCU依次選通安裝在第一邊?第四邊的紅外接收點(diǎn)接入信號(hào)處理電路,然后依次驅(qū)動(dòng)每一邊的對(duì)邊安裝的紅外發(fā)射點(diǎn)發(fā)射紅外線的步驟902。在這個(gè)步驟中,需要根據(jù)信號(hào)處理通道與接收點(diǎn)數(shù)量之間的關(guān)系來設(shè)定掃描方式,有三種方式可選擇:第一種,每一邊上的紅外接收點(diǎn)的數(shù)量與信號(hào)處理通道的數(shù)量相同,如圖7的示例。這時(shí)每一邊的紅外接收點(diǎn)都被連接到信號(hào)處理通道,邊框上的發(fā)射點(diǎn)發(fā)射一圈后完成一幀掃描,也就是完成一個(gè)掃描周期。這種方式適合絕大多數(shù)情況。第二種,每一邊上的紅外接收點(diǎn)的數(shù)量多于信號(hào)處理通道的數(shù)量,這時(shí)需要通過另外的切換開關(guān)(未給出示意圖)將接收點(diǎn)分時(shí)接入信號(hào)處理通道。這時(shí)發(fā)射點(diǎn)在第一幀掃描時(shí),只有部分紅外接收點(diǎn)檢測(cè)紅外線是否被阻擋;在第二、第三幀以至于第N幀掃描時(shí),另外的紅外接收點(diǎn)被接入電路,檢測(cè)紅外線是否被阻擋。當(dāng)所有的接收點(diǎn)都被接入過一次后,才完成一次掃描檢測(cè)。這種方式適合要求檢測(cè)觸摸點(diǎn)較多、觸摸屏尺寸不很大的情況。因?yàn)檫@種方式每掃描一巾貞都需要一定的時(shí)間,多巾貞掃描合成一次掃描,需要較長(zhǎng)的時(shí)間。如果觸摸屏的尺寸比較大,每幀掃描時(shí)要驅(qū)動(dòng)的發(fā)射點(diǎn)的數(shù)量較多,則必然會(huì)延長(zhǎng)每次掃描的時(shí)間,這于移動(dòng)觸摸物(如書寫繪畫時(shí))的檢測(cè)容易出現(xiàn)誤差;其次為克服上述問題則需要盡量縮短每幀掃描的時(shí)間,這就要縮短每只發(fā)射點(diǎn)被驅(qū)動(dòng)發(fā)光的時(shí)間而導(dǎo)致接收點(diǎn)接收到的光電信號(hào)變?nèi)?。這時(shí)如果觸摸屏的尺寸較大,發(fā)射接收點(diǎn)之間的距離增加,將會(huì)加劇光電信號(hào)的衰減。第三種方式是不同的邊框上的紅外發(fā)射點(diǎn)的發(fā)射驅(qū)動(dòng)信號(hào)被不同的載頻所調(diào)制,信號(hào)處理通道的數(shù)量多于接收點(diǎn)的數(shù)量,一般情況下與相鄰或者相對(duì)的兩個(gè)邊框上的紅外接收點(diǎn)的數(shù)量相同,這樣至少同時(shí)有兩條相鄰或相對(duì)邊框上的接收點(diǎn)被同時(shí)選通接入信號(hào)處理通道。這時(shí)在信號(hào)處理通道中包含有與上述驅(qū)動(dòng)發(fā)射點(diǎn)工作的載頻相對(duì)應(yīng)的濾波器,保證非對(duì)應(yīng)的發(fā)射和接收點(diǎn)之間的光線所產(chǎn)生的光電信號(hào)能被濾波器過濾掉而不影響觸摸屏正常檢測(cè)觸摸物。這種情況適用于觸摸屏尺寸較大、需要提升掃描速度的情況。
[0039]3)在上述掃描的過程中還需要設(shè)置一個(gè)判斷步驟903,以判斷是否完成一次掃描檢測(cè),尤其是在使用步驟902中的第二種方法來實(shí)施掃描檢測(cè)的情況下,以保證檢測(cè)的完整性。在完成了 一次掃描后進(jìn)入計(jì)算步驟904,掃描檢測(cè)的數(shù)據(jù)被MCU用于計(jì)算觸摸物在參考坐標(biāo)系內(nèi)的坐標(biāo)值,計(jì)算結(jié)果被數(shù)據(jù)輸出步驟905通過輸出端口傳輸給使用觸摸屏的上位計(jì)算機(jī),然后返回步驟二,進(jìn)行下一次的掃描。掃描檢測(cè)和坐標(biāo)計(jì)算之間可以順序進(jìn)行,也可以在下次掃描的同時(shí),利用MCU的空閑時(shí)間計(jì)算上次掃描的結(jié)果。
[0040]在這里,步驟904、905的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和所使用的技術(shù)不屬于本發(fā)明光路系統(tǒng)所直接涉及的范疇,在此加以描述,只是為了更清晰地說明本發(fā)明的光路系統(tǒng)和掃描檢測(cè)方法與紅外觸摸屏其他部分之間的聯(lián)系。
[0041]實(shí)施例5
圖1Oa?IOd給出了一個(gè)本發(fā)明方法的實(shí)施例——如圖4所示檢測(cè)4個(gè)觸摸點(diǎn)的光路系統(tǒng)如何實(shí)時(shí)掃描的實(shí)施例。在本實(shí)施例中,因?yàn)轫斀堑乃慕M紅外接收點(diǎn)需要分別接收兩個(gè)對(duì)邊發(fā)射點(diǎn)所發(fā)射的紅外線,因此這些接收點(diǎn)相當(dāng)于同時(shí)安裝在這個(gè)頂角的兩個(gè)相鄰的邊框上,如接收點(diǎn)101既安裝于邊框a上也安裝于邊框d上,并且如圖7所示,通過切換開關(guān)與信號(hào)處理通道相耦合連接。
[0042]按照本發(fā)明的方法,圖1Oa?IOd所示的光路結(jié)構(gòu)在工作時(shí)包含以下步驟: 當(dāng)邊框a上的三個(gè)接收點(diǎn)101、302和102被切換選通接入信號(hào)處理通道后,邊框c上
的發(fā)射點(diǎn)按照設(shè)定的順序發(fā)射紅外線,接收點(diǎn)101、302、102接收邊框c上每一個(gè)發(fā)射點(diǎn)所發(fā)射的紅外線,檢測(cè)是否被觸摸物阻擋;
當(dāng)邊框b上的三個(gè)接收點(diǎn)102、303和103被切換選通接入信號(hào)處理通道后,邊框d上的發(fā)射點(diǎn)按照設(shè)定的順序發(fā)射紅外線,接收點(diǎn)101、302、102接收邊框d上每一個(gè)發(fā)射點(diǎn)所發(fā)射的紅外線,檢測(cè)是否被觸摸物阻擋;
當(dāng)邊框c上的三個(gè)接收點(diǎn)103、304和104被切換選通接入信號(hào)處理通道后,邊框a上的發(fā)射點(diǎn)按照設(shè)定的順序發(fā)射紅外線,接收點(diǎn)103、304、104接收邊框a上每一個(gè)發(fā)射點(diǎn)所發(fā)射的紅外線,檢測(cè)是否被觸摸物阻擋;
當(dāng)邊框d上的三個(gè)接收點(diǎn)104、301和101被切換選通接入信號(hào)處理通道后,邊框b上的發(fā)射點(diǎn)按照設(shè)定的順序發(fā)射紅外線,接收點(diǎn)103、304、104接收邊框不b上每一個(gè)發(fā)射點(diǎn)所發(fā)射的紅外線,檢測(cè)是否被觸摸物阻擋。
[0043]最后應(yīng)說明本發(fā)明的技術(shù)方案不局限于本具體實(shí)施例中說明的觸摸屏及觸摸屏的判斷觸摸點(diǎn)的方法,應(yīng)了解不脫離本發(fā)明的技術(shù)思想的范圍內(nèi)進(jìn)行等同變換、代替或者劣化均屬于本發(fā)明要求保護(hù)的范圍。本發(fā)明的具體保護(hù)范圍應(yīng)以權(quán)利要求書中公開的范圍為準(zhǔn)。
【權(quán)利要求】
1.一種用于多點(diǎn)紅外觸摸屏的光路系統(tǒng),包括有若干個(gè)由紅外接收元件構(gòu)成的接收點(diǎn)和排列安裝于矩形觸摸表面四個(gè)邊緣的由紅外發(fā)射元件構(gòu)成的發(fā)射點(diǎn)陣列,其特征在于:所述接收點(diǎn)分為M個(gè)接收組,M不小于N+ 1,其中N > 4為要識(shí)別的觸摸點(diǎn)數(shù);其中第I組?第4組包含至少一個(gè)接收點(diǎn),分別安裝于所述觸摸表面邊緣的4個(gè)頂角處,其接收組的有效接收角內(nèi)包含該頂對(duì)面的兩條鄰邊上安裝的所有發(fā)射點(diǎn);第5組包含有4個(gè)接收點(diǎn),兩兩對(duì)應(yīng)分別不全部關(guān)于觸摸屏中心對(duì)稱地安裝在所述觸摸表面4邊緣中相對(duì)的兩個(gè)邊緣上,要求每一只接收元件的有效接收角內(nèi)至少包含其對(duì)邊所有的發(fā)射點(diǎn);其余各接收組包含有2或4個(gè)接收點(diǎn);其中包含有4個(gè)接收點(diǎn)的組,接收點(diǎn)的安裝方式與所述第5組相同但不與其它接收點(diǎn)重合;包含有2個(gè)接收點(diǎn)的組,組內(nèi)2個(gè)接收點(diǎn)分別不與其它紅外接收點(diǎn)不重合地安裝在所述觸摸屏邊緣的兩個(gè)對(duì)邊上,其有效接收角內(nèi)包含安裝在其對(duì)邊和鄰邊上、靠近所述對(duì)邊的一端、合計(jì)占發(fā)射點(diǎn)總數(shù)1/2的發(fā)射點(diǎn);所述每個(gè)發(fā)射點(diǎn)的有效散射角,不小于該發(fā)射元件與被設(shè)定接收其發(fā)射的紅外線的任一紅外元件之間的連線與其光軸線之間的夾角。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的紅外觸摸屏的光路系統(tǒng),其特征在于:所述第4組以后包含有2個(gè)接收點(diǎn)的接收組,組內(nèi)兩個(gè)接收點(diǎn)與其他接收點(diǎn)不重合地分別安裝在所述觸摸屏邊緣的兩個(gè)長(zhǎng)邊上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的紅外觸摸屏的光路系統(tǒng),其特征在于:所述包含有2個(gè)接收點(diǎn)的接收組,組內(nèi)兩個(gè)接收點(diǎn)分別安裝在所述觸摸屏邊緣的兩個(gè)短邊上。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的紅外觸摸屏的光路系統(tǒng),其特征在于:所述安裝在觸摸屏兩個(gè)長(zhǎng)邊上的發(fā)射點(diǎn),在靠近一側(cè)短邊的部分的發(fā)射元件的光軸向另一側(cè)短邊所在的方向傾斜。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的紅外觸摸屏的光路系統(tǒng),其特征在于:構(gòu)成所述發(fā)射點(diǎn)的元件是廣角紅外發(fā)射二極管;構(gòu)成所述接收點(diǎn)的元件,是廣角的光電二、三極管或者光電池中的一種。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的紅外觸摸屏的光路系統(tǒng),其特征在于:所述各個(gè)接收點(diǎn)的光電信號(hào)輸出端,通過被觸摸屏內(nèi)部微控制器所控制的切換開關(guān),被分時(shí)與觸摸屏內(nèi)部的信號(hào)處理電路的輸入端相耦合連接。
7.—種用于多點(diǎn)紅外觸摸屏的檢測(cè)方法,包含有如下步驟:A.設(shè)定每個(gè)接收組內(nèi)各接收點(diǎn)與每個(gè)發(fā)射點(diǎn)對(duì)應(yīng)關(guān)系并存儲(chǔ)到非易失性存儲(chǔ)器的步驟;B.讀取步驟A中的設(shè)定值,選通切換每個(gè)接收點(diǎn)的輸出端耦合連接到信號(hào)處理通道輸入端的步驟;C.依據(jù)步驟A的設(shè)定,按一定順序驅(qū)動(dòng)發(fā)射點(diǎn)發(fā)射紅外線的步驟。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法,其特征在于:在步驟B和步驟C中,還可以包含有如下步驟:在驅(qū)動(dòng)發(fā)射點(diǎn)依次發(fā)射紅外線的不同幀內(nèi),根據(jù)步驟A的設(shè)定,切換不同的接收點(diǎn)的輸出端到信號(hào)處理通道的輸入端。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法,其特征在于:在步驟C中,所述發(fā)射點(diǎn)被分組,不同的組采用被不同頻率的載波所調(diào)制的電信號(hào)所驅(qū)動(dòng)。
【文檔編號(hào)】G06F3/042GK103970358SQ201310028270
【公開日】2014年8月6日 申請(qǐng)日期:2013年1月25日 優(yōu)先權(quán)日:2013年1月25日
【發(fā)明者】劉中華 申請(qǐng)人:北京博匯信通科技有限公司