基于光的觸摸屏幕的制作方法
【專利說明】
[0001] 本申請(qǐng)是申請(qǐng)人為內(nèi)奧諾德公司、發(fā)明名稱為"基于光的觸摸屏幕"的中國(guó)專利申 請(qǐng)（申請(qǐng)?zhí)枮?01080006890. 7 (PCT/US2010/023429)，申請(qǐng)日為2010年2月8日）的分案 申請(qǐng)。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002] 本發(fā)明的領(lǐng)域?yàn)橛糜谟?jì)算機(jī)的觸摸屏幕。
【背景技術(shù)】
[0003] 傳統(tǒng)的觸摸屏幕是基于電容或電阻的。這些觸摸屏幕向用戶提供界面，通過這些 界面，用戶通過利用觸筆或利用其手指在選定位置觸摸屏幕而將輸入信息輸入到計(jì)算裝置 中。
[0004] 傳統(tǒng)的觸摸屏幕通常較大。當(dāng)空間非常寶貴時(shí)，例如對(duì)于小型手持電子裝置，傳統(tǒng) 的觸摸屏幕僅僅限于用戶輸入少許信息。而且，當(dāng)用戶不使用觸筆時(shí)，這些輸入信息很難被 精確地解析。
[0005] 傳統(tǒng)的觸摸屏幕還受限于它們能夠識(shí)別的用戶輸入的類型。例如，傳統(tǒng)的觸摸屏 幕不能區(qū)分輕敲擊和重按壓。傳統(tǒng)的觸摸屏幕不能識(shí)別在同一屏幕位置快速重復(fù)的敲擊。 傳統(tǒng)的觸摸屏幕不能識(shí)別連續(xù)跨越觸摸屏幕的手指或觸筆形成的姿勢(shì)。
[0006] 因而，生產(chǎn)對(duì)于大屏幕和小屏幕來說都能夠識(shí)別單次輕敲擊、重復(fù)輕敲擊、按壓和 姿勢(shì)的觸摸屏幕將會(huì)是有利的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的各個(gè)方面涉及觸摸屏幕，該觸摸屏幕通過測(cè)量由紅外發(fā)光二極管（LED) 發(fā)出的光強(qiáng)度來操作。與基于電阻或電容的現(xiàn)有技術(shù)觸摸屏幕不同，本發(fā)明的各個(gè)實(shí)施方 式利用光束。
[0008] LED和光電二極管（PD)接收器圍繞觸摸屏幕的周邊分布。所述LED由微處理器 控制以選擇性地發(fā)光，所述ro接收器由所述微處理器控制以選擇性地測(cè)量光強(qiáng)度。由所述 LED發(fā)出的光通過透鏡組件投射在所述觸摸屏幕之上。穿入投射光中的物體阻礙一些光到 達(dá)所述ro接收器。由所述ro接收器測(cè)量到的光強(qiáng)度的相應(yīng)下降使得能夠確定所述物體的 位置。
[0009] 根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式，所述透鏡組件將光投射到位于所述觸摸屏幕之上的多個(gè) 高度的平行平面上。轉(zhuǎn)而，由所述ro接收器測(cè)量到的光強(qiáng)度使得能夠檢測(cè)到觸摸所述屏幕 的物體以及在所述屏幕上方幾乎觸摸所述屏幕的物體。通過隨著時(shí)間測(cè)量光強(qiáng)度，還能夠 確定幾乎觸摸所述屏幕的物體隨著時(shí)間的運(yùn)動(dòng)。而且，確定隨著時(shí)間的運(yùn)動(dòng)使得能夠推導(dǎo) 出物體的速度向量。
[0010] 本發(fā)明的觸摸屏幕能夠識(shí)別和區(qū)分通過用戶手指進(jìn)行的靜止用戶輸入和基于運(yùn) 動(dòng)的用戶輸入，其中包括在屏幕上的單次輕敲擊、在屏幕上的多次輕敲擊、在屏幕上的重按 壓、在屏幕上的多次重按壓、方向姿勢(shì)（例如在屏幕上向右的運(yùn)動(dòng)揮擊）以及圖形姿勢(shì)（例 如在以"S"或星號(hào)形狀在屏幕之上滑動(dòng)手指）。本發(fā)明的觸摸屏幕還能夠識(shí)別同時(shí)地 觸摸屏幕的多于一個(gè)的物體的位置和運(yùn)動(dòng)。
[0011] 本發(fā)明的觸摸屏幕既可以用作輸入裝置又可以用作輸出顯示裝置。在本發(fā)明的一 些實(shí)施方式中，由物體在觸摸屏幕上形成的運(yùn)動(dòng)路徑被轉(zhuǎn)換成鼠標(biāo)的相應(yīng)運(yùn)動(dòng)并同樣地輸 入到計(jì)算機(jī)。
[0012] 基于用戶觸摸的輸入信息可以被記錄在日志中并由數(shù)據(jù)處理器進(jìn)行后處理。這種 觸摸屏幕的一個(gè)應(yīng)用是基于觸摸的臨街窗戶，其中來自過往行人的基于觸摸的輸入信息被 記錄在日志中并被分析以得出關(guān)于對(duì)臨街陳列櫥窗展示感興趣的消費(fèi)者的信息。
[0013] 在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，LED沿著所述觸摸屏幕的兩個(gè)相鄰邊緣布置，ro接 收器沿著另兩個(gè)相鄰邊緣布置。在本發(fā)明的其他實(shí)施方式中，在所述觸摸屏幕的角部處布 置四個(gè)LED，并且沿著所述邊緣布置ro接收器。
[0014] 在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，所述LED作為矩陣連接至選擇行的LED行驅(qū)動(dòng)器和 選擇列的LED列驅(qū)動(dòng)器。這樣，指定的LED通過適當(dāng)?shù)卦O(shè)置其相應(yīng)的行和列驅(qū)動(dòng)器而被啟 動(dòng)。這種連接顯著地降低了所需的IO連接器的數(shù)量，由此降低了用于觸摸屏幕的材料成 本。類似地，所述ro接收器可以作為矩陣連接至ro行選擇器和ro列選擇器。
[0015] 因而，本發(fā)明提供了既適合于小型電子裝置又適合于大型電子裝置的觸摸屏幕。 使用本發(fā)明的觸摸屏幕的裝置（諸如移動(dòng)電話）不需要鍵盤，因?yàn)橛|摸屏幕本身可以用作 鍵盤。
[0016] 因而，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式提供了一種基于光的觸摸屏幕，該觸摸屏幕包 括：用于顯示屏幕的殼體；多個(gè)紅外發(fā)光二極管即LED，所述多個(gè)紅外發(fā)光二極管緊固在所 述殼體上，用于產(chǎn)生光束；至少一個(gè)LED選擇器，所述至少一個(gè)LED選擇器緊固在所述殼體 上并與所述多個(gè)LED相連，用于可控地選擇和取消所述多個(gè)LED中的一個(gè)或多個(gè)；多個(gè)光電 二極管接收器，即ro接收器，所述多個(gè)光電二極管接收器緊固在所述殼體上，用于測(cè)量光 強(qiáng)度；至少一個(gè)ro選擇器，所述至少一個(gè)ro選擇器緊固在所述殼體上并與所述多個(gè)ro接 收器相連，用于可控地選擇和取消所述多個(gè)ro接收器中的一個(gè)或多個(gè)；光學(xué)組件，所述光 學(xué)組件緊固在所述殼體上，用于將由所述多個(gè)LED發(fā)出的光束投射到所述殼體之上的基本 平行的平面中；以及控制器，該控制器緊固在所述殼體上并與所述多個(gè)ro接收器相聯(lián)，α) 用于控制所述至少一個(gè)LED選擇器；（ii)用于控制所述至少一個(gè)ro選擇器；和（iii)用于 基于所述多個(gè)ro接收器的輸出電流而由此確定穿過所述基本平行的平面中的至少一個(gè)平 面的物體的位置和速度。
[0017] 另外，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式提供了一種用于基于光的觸摸屏幕的方法，該 方法包括：控制多個(gè)發(fā)光二極管即LED，以選擇和取消所述LED中的至少一個(gè)，由此選定的 LED發(fā)出紅外光束；控制多個(gè)光電二極管接收器即ro接收器，以選擇和取消所述ro接收器 中的至少一個(gè)，由此選定的ro接收器測(cè)量接收到的光強(qiáng)度；以及基于所述多個(gè)ro接收器的 輸出電流確定阻礙來自所述ro接收器中的至少一個(gè)的光的物體的位置和速度。
[0018] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，還提供了一種觸摸屏幕，該觸摸屏幕包括：用于顯示 屏幕的殼體；多個(gè)傳感器，所述多個(gè)傳感器緊固在所述殼體上，用于感測(cè)觸摸所述顯示屏幕 的物體的位置；以及控制器，該控制器緊固在所述殼體上并與所述多個(gè)傳感器相聯(lián)，用于作 為輸入接收由所述多個(gè)傳感器感測(cè)的位置，并用于由此確定同時(shí)地觸摸所述顯示屏幕的兩 個(gè)或更多個(gè)物體的位置。
【附圖說明】
[0019] 從如下結(jié)合附圖的詳細(xì)描述將更完全地理解和評(píng)價(jià)本發(fā)明，在附圖中：
[0020] 圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的具有16個(gè)LED和16個(gè)的觸摸屏幕的圖；
[0021] 圖2A至圖2C是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的檢測(cè)同時(shí)地觸摸屏幕的兩個(gè)物體的 觸摸屏幕的圖；
[0022] 圖3A和圖3B是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的檢測(cè)兩個(gè)手指滑移運(yùn)動(dòng)的觸摸屏幕 的圖；
[0023] 圖4A至圖4C是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的檢測(cè)被同時(shí)地觸摸的顯示的鋼琴鍵 盤的多個(gè)鍵的用于鋼琴鍵盤模擬器的觸摸屏幕的圖；
[0024] 圖5是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的來自圖1的觸摸屏幕的電路圖；
[0025] 圖6A是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的用于觸摸屏幕的電子器件的簡(jiǎn)化框圖；
[0026] 圖6B是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的用于觸摸屏幕的替換電子器件的簡(jiǎn)化框 圖；
[0027] 圖7是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的供圖6A和圖6B的觸摸屏幕使用的示例性中 央處理單元的簡(jiǎn)化電路圖；
[0028] 圖8是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的用于由16個(gè)LED組成的陣列的移位寄存器 的圖；
[0029] 圖9是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的用于啟動(dòng)LED的波形的圖示；
[0030] 圖10是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的觸摸屏幕的圖，其中四個(gè)LED放置在屏幕的 四個(gè)角部處，多個(gè)ro沿著屏幕的四個(gè)邊布置；
[0031] 圖11是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的用于觸摸屏幕的LED驅(qū)動(dòng)器矩陣的圖；
[0032] 圖12是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的LED開關(guān)的圖；
[0033] 圖13A是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的用于限制和引導(dǎo)流到LED的電流的限流器 的圖；
[0034] 圖13B是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的用于限制和引導(dǎo)流到LED的電流的另選限 流器的圖；
[0035] 圖14是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的用于由16個(gè)組成的陣列的移位寄存器 的圖；
[0036] 圖15是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的用于啟動(dòng)選定的ro的波形的圖示；
[0037] 圖16是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的用