專利名稱：紅外觸摸裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是涉及紅外觸摸系統(tǒng)或者觸摸屏，特別是涉及一種用作無線輸入設(shè)備的紅外觸摸裝置。
背景技術(shù)：
一般而言，對于紅外線觸摸系統(tǒng)或者觸摸屏來說，觸摸位置的確定是通過紅外發(fā)射元件和紅外接收元件來確定的。而操作體可以是一只手指或一支鉛筆等，只需要深入到框架范圍內(nèi)遮擋紅外線光線就可以進(jìn)行輸入操作。檢測原理上并不要求操作體和任何屏面相接觸。
對于紅外觸摸系統(tǒng)的原理和組成，已有多項(xiàng)中國專利闡述，國外亦有較多的文獻(xiàn)對此項(xiàng)技術(shù)進(jìn)行詳細(xì)介紹，此處不再贅述。
在現(xiàn)有技術(shù)紅外線觸摸系統(tǒng)中，沿著屏幕四周排列的發(fā)射元件的數(shù)量等于相對邊緣上排列的接收元件數(shù)量，發(fā)射元件集中在框架的同一側(cè)，與之對應(yīng)的接收元件集中在另一側(cè)，如圖1所示。101是觸摸屏框架，檢測操作體水平坐標(biāo)位置的紅外線發(fā)射元件陣列102和接收元件陣列103分別相對安裝在框架101的上和下邊框上，工作時(shí)在框架窗口內(nèi)形成豎直線狀光柵106。檢測操作體豎直坐標(biāo)位置的紅外線發(fā)射元件陣列104和接收元件陣列105分別相對安裝在框架101的左和右邊框上，工作時(shí)在框架窗口內(nèi)形成水平線狀光柵107?？蚣艿闹虚g窗口部分是全空的，只有紅外光線通過，無任何實(shí)體構(gòu)件。
現(xiàn)有技術(shù)采用對稱式排布紅外發(fā)射元件與接收元件的布局方式可以簡化電路，整個(gè)裝置的體積可以控制在一個(gè)較小的數(shù)值。但由于紅外線管物理分布的密度的距離問題，導(dǎo)致一些死角問題；而在偏離發(fā)射軸心距離較遠(yuǎn)的接收管的閾值電壓的一致性問題，以及計(jì)算方法的復(fù)雜性可以帶來一些誤差，而這種誤差可以導(dǎo)致現(xiàn)有產(chǎn)品的分辨率在檢測范圍內(nèi)出現(xiàn)一致性問題以及目標(biāo)捕捉的平滑性等問題。
同時(shí)采用水平和垂直光柵網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的檢測方法，只能檢測識(shí)別單一操作體，而對多個(gè)操作體同時(shí)需要檢測識(shí)別就難以實(shí)現(xiàn)了，這在一定程度上限制了外紅觸摸技術(shù)的使用范圍。
現(xiàn)有技術(shù)受紅外發(fā)射元件發(fā)射功率及平行性的影響，其檢測區(qū)域大都在對角線100英寸的范圍內(nèi)，若要擴(kuò)大檢測區(qū)域，必須使用大功率的紅外發(fā)射元件，但隨著大功率發(fā)射元件數(shù)量的增加，生產(chǎn)成本也會(huì)大幅增加。
此外，現(xiàn)有技術(shù)產(chǎn)品，為了提高檢測的精度，往往對紅外發(fā)射元件及接收元件的精度要求較高，如國內(nèi)專利0123146.7于2001年7月16日公布了一種用于紅外觸摸屏的紅外發(fā)射管，通過改進(jìn)的設(shè)計(jì)，將紅外發(fā)射管的管芯安裝在凸透鏡的焦點(diǎn)上，以提高發(fā)射光線的平行性。這種方法雖可以在一定程度上改善紅外元件的聚焦性能，但同時(shí)也提高了生產(chǎn)制造成本。
因此，對現(xiàn)有技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)，提供一種檢測精度高、可檢測識(shí)別多個(gè)操作體、電路簡單可擴(kuò)展并且能與超大屏幕顯示設(shè)備相結(jié)合的紅外觸摸裝置實(shí)為必要。

發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種高檢測精度、電路簡單的紅外觸摸裝置，它能夠準(zhǔn)確地確定操作體在檢測區(qū)域內(nèi)的位置，而不需要增加紅外元件的數(shù)量，也不需要高平行性的外紅發(fā)射元件。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種紅外觸摸裝置，可以精確判斷操作體的形狀和大小，而不需要增加其它輔助設(shè)施或器件。
本發(fā)明的再一個(gè)目的是提供一種可以檢測識(shí)別單個(gè)操作體或多個(gè)操作體在檢測區(qū)域內(nèi)位置的紅外觸摸裝置。
本發(fā)明的再一個(gè)目的是提供一種可以應(yīng)用在超大屏幕顯示屏上而且成本較低的紅外觸摸裝置。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案提供一種紅外觸摸裝置，其包括具有驅(qū)動(dòng)電路和信號(hào)處理電路的電路板、與電路板連接的紅外發(fā)射元件和紅外接收元件，紅外觸摸裝置的檢測區(qū)域四周至少有兩條邊上既有紅外發(fā)射元件又有紅外接收元件，一邊上的一個(gè)紅外發(fā)射元件在其相對邊上對應(yīng)有多個(gè)紅外接收元件，即一條邊上的一個(gè)紅外發(fā)射元件作用于相對邊上的多個(gè)紅外接收元件，每個(gè)紅外發(fā)射元件發(fā)射的紅外光均由多個(gè)紅外接收元件接收。
該紅外發(fā)射元件排布在檢測區(qū)域內(nèi)特定位置，紅外發(fā)射元件和紅外接收元件的排布方式可以如下該紅外接收元件排布在檢測區(qū)域四邊，紅外發(fā)射元件間隔排布在紅外接收元件之間并分布在檢測區(qū)域四邊的交接處，即分布在檢測區(qū)域的四個(gè)角落，排布在四邊的紅外接收元件接收四個(gè)角落的紅外發(fā)射元件的紅外光信號(hào)。
或者是，該紅外接收元件排布在檢測區(qū)域四邊，紅外發(fā)射元件與紅外接收元件排布在不同直線上，紅外發(fā)射元件排布在紅外接收元件之后，排布在四邊的紅外接收元件接收排布在其后特定位置的對邊的紅外發(fā)射元件的紅外光信號(hào)。
又或者是，紅外觸摸裝置的檢測區(qū)域有兩個(gè)相對邊采用一個(gè)紅外發(fā)射元件和多個(gè)紅外接收元件相互間隔排布，一條邊上的一個(gè)紅外發(fā)射元件與對邊上的多個(gè)紅外接收元件相對應(yīng)；另外兩個(gè)相對邊分別單一排布紅外發(fā)射元件或紅外接收元件，兩邊的紅外發(fā)射元件和紅外接收元件一一對應(yīng)。
還可以是，紅外觸摸裝置的檢測區(qū)域四周的四個(gè)邊分別間隔排布有一個(gè)紅外發(fā)射元件和多個(gè)紅外接收元件，一邊上的一個(gè)紅外發(fā)射元件與對邊上的多個(gè)紅外接收元件相對應(yīng)。
每一個(gè)紅外發(fā)射元件在受控狀態(tài)下發(fā)射一束錐形紅外光，在與之相對的特定范圍內(nèi)的紅外接收元件均可以接收到紅外發(fā)射元件發(fā)射的紅外光。而發(fā)射元件所發(fā)射的錐形光的角度僅決定于發(fā)射元件的自身特性，不需要借助諸如透鏡等外部設(shè)備或器件。
采用此種排布方式，充分考慮紅外發(fā)射元件的發(fā)射功率與平行性問題，在檢測距離較遠(yuǎn)的方向上采用功率較大的紅外發(fā)射元件，可以實(shí)現(xiàn)紅外觸摸裝置在超大屏幕顯示設(shè)備如200寸顯示墻上的使用，雖然單個(gè)紅外發(fā)射元件的成本較高，但采用此種排布方式相對于現(xiàn)有技術(shù)可以大大減少紅外發(fā)射元件的數(shù)量，與現(xiàn)有技術(shù)相比，在超大屏幕上的應(yīng)用可以較大幅度地降低成本。
單個(gè)操作體在檢測區(qū)域中的位置的判斷，是通過計(jì)算輸出信號(hào)發(fā)生變化的接收元件的位置來確定操作體在相對于框架邊緣的角度，從而計(jì)算出操作體的中心在檢測區(qū)域的位置，再根據(jù)通過實(shí)驗(yàn)確定的位置轉(zhuǎn)換表，轉(zhuǎn)換為計(jì)算機(jī)可以識(shí)別的X，Y坐標(biāo)信號(hào)。而對單個(gè)操作體大小的識(shí)別，是通過計(jì)算操作體中心坐標(biāo)相對于輸出信號(hào)發(fā)生變化的接收元件的位置來確定的，由于采用多個(gè)發(fā)射元件，因此可以計(jì)算操作體在不同方向上的大小，進(jìn)而可以準(zhǔn)確識(shí)別操作體的形狀與大小。
對多個(gè)操作體位置、大小識(shí)別判斷，是在單個(gè)操作體識(shí)別的基礎(chǔ)上進(jìn)行，由于紅外發(fā)射元件與紅外接收元件采用非對稱式排布方式，在檢測區(qū)域的四周均有接收元件，通過檢測框架四個(gè)邊緣輸出信號(hào)發(fā)生變化的接收元件的位置來確定每個(gè)操作體在相對于框架邊緣的角度，從而計(jì)算出每個(gè)操作體的中心在檢測區(qū)域的位置，再根據(jù)通過實(shí)驗(yàn)確定的位置轉(zhuǎn)換表，轉(zhuǎn)換為計(jì)算機(jī)可以識(shí)別的X，Y坐標(biāo)信號(hào)；因此對多個(gè)操作體的判斷識(shí)別不需增加額外的裝置或設(shè)備即可實(shí)現(xiàn)。而對多個(gè)操作體大小的識(shí)別，是通過計(jì)算每個(gè)操作體中心坐標(biāo)相對于輸出信號(hào)發(fā)生變化的接收元件的位置來確定的。
具體的計(jì)算方法將結(jié)合具體實(shí)施方案詳細(xì)敘述。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明有如下有益效果本發(fā)明紅外觸摸裝置的檢測區(qū)域四周的紅外發(fā)射元件與紅外接收元件以特定方式排布，一個(gè)紅外發(fā)射元件對應(yīng)有多個(gè)紅外接收元件，通過四周輸出信號(hào)發(fā)生變化的接收元件的位置來確定每個(gè)操作體在相對于框架邊緣的角度，從而計(jì)算出每個(gè)操作體的中心在檢測區(qū)域的位置，且對多個(gè)操作體的判斷辨識(shí)不需增加額外的裝置或設(shè)備即可實(shí)現(xiàn)，簡單且準(zhǔn)確，一定程度上消除了盲區(qū)，且不受紅外發(fā)射元件發(fā)射功率及平行性的影響，可低成本增大檢測區(qū)域。

圖1是現(xiàn)有技術(shù)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明紅外觸摸裝置的實(shí)施例一的示意圖；圖3是本發(fā)明實(shí)施例一單一目標(biāo)定位計(jì)算示意圖；圖4是本發(fā)明實(shí)施例一多個(gè)目標(biāo)定位計(jì)算示意圖；圖5是本發(fā)明紅外觸摸裝置的實(shí)施例二的示意圖；圖6是本發(fā)明紅外觸摸裝置的實(shí)施例三的示意圖；圖7是本發(fā)明紅外觸摸裝置的實(shí)施例四的示意圖；圖8是本發(fā)明紅外觸摸裝置的實(shí)施例五的示意圖。
具體實(shí)施方式請參照圖2，是本發(fā)明的一種實(shí)施例，紅外接收元件203排布在框架201的四周，四個(gè)紅外發(fā)射元件204、205、206、207分別排布在框架201的左上、右上、右下、左下四個(gè)角落，當(dāng)操作體202進(jìn)入檢測區(qū)域時(shí)，左上角紅外發(fā)射元件204所發(fā)出的錐形紅外光束被操作體202遮擋了一部分，使接收元件209以及相鄰的若干接收元件的輸出信號(hào)發(fā)生變化；右上角紅外發(fā)射元件205所發(fā)出的錐形光束也被操作體202遮擋了一部分，使得接收元件208以及相鄰的若干接收元件的輸出信號(hào)發(fā)生變化，其它角落的紅外發(fā)射元件所發(fā)出的錐形光束也會(huì)受到不同程度的遮擋，使得對應(yīng)的接收元件輸出信號(hào)發(fā)生變化，下面結(jié)合簡化的圖形來說明單個(gè)操作體的位置以及形狀大小的檢測識(shí)別計(jì)算方法。
請參照圖3，是單一目標(biāo)的定位計(jì)算示意圖，右上角紅外發(fā)射元件301所發(fā)出的錐形光束被操作體303遮擋了一部分，使得從接收元件306到接收元件307之間的接收元件的輸出信號(hào)發(fā)生變化，通過查找之前依據(jù)實(shí)驗(yàn)確定的角度與接收元件位置對應(yīng)表，可以確定操作體邊緣線與框架下邊緣的夾角θ306，θ307，也可以很容易的算出操作體中心線與框架下邊緣的夾角309，此角度標(biāo)記為α；左上角紅外發(fā)射元件302所發(fā)出的錐形光束被操作體303遮擋了一部分，使得從接收元件304到接收元件305之間的接收元件的輸出信號(hào)發(fā)生變化，通過查找之前依據(jù)實(shí)驗(yàn)確定的角度與接收元件位置對應(yīng)表，可以確定操作體邊緣線與框架右邊緣的夾角θ304，θ305，也可以很容易的算出操作體中心線與框架右邊緣的夾角308，此角度標(biāo)記為β；左上角發(fā)射元件302與右上角發(fā)射元件301之間的距離310D可以精確測量，當(dāng)然，左上角與左下角發(fā)射元件之間的距離也可以精確測量。
如此，操作體中心距離檢測區(qū)域左邊緣的水平位置坐標(biāo)X，距離檢測區(qū)域上邊緣的豎直位置坐標(biāo)Y可以通過下面的公式計(jì)算出來X＝Y(jié) tanβY＝D tanα/(1+tanαtanβ)操作體在右上角發(fā)射元件301錐形光束范圍內(nèi)的大小為R1＝Y(jié) tan[(θ306-θ307)/2]/sinα
操作體在左上角發(fā)射元件301錐形光束范圍內(nèi)的大小為R2＝Y(jié) tan[(θ304-θ305)/2]/cosβ同理，可以算出操作體中心在左下角、右下角紅外發(fā)射元件錐形光束范圍內(nèi)的位置坐標(biāo)以及形狀大小。
經(jīng)過上述的計(jì)算處理，可以精確計(jì)算出單個(gè)操作體在檢測區(qū)域內(nèi)的位置以及形狀大小。
對多個(gè)操作體位置、大小的識(shí)別判斷示意圖請參見圖4，紅外發(fā)射元件404，405，406，407分別排布在框架401的左上、右上、右下、左下角落位置，紅外接收元件408分布在框架的四周，操作體402與另一操作體403同時(shí)在檢測區(qū)域內(nèi)。對多個(gè)操作體位置、大小的檢測識(shí)別是在單個(gè)操作體識(shí)別的基礎(chǔ)上進(jìn)行，由于紅外發(fā)射元件與紅外接收元件采用非對稱式排布方式，在檢測區(qū)域的四周均有接收元件，通過檢測框架四個(gè)邊緣輸出信號(hào)發(fā)生變化的接收元件的位置來確定每個(gè)操作體在相對于框架邊緣的角度，從而計(jì)算出每個(gè)操作體的中心在檢測區(qū)域的位置，再根據(jù)通過實(shí)驗(yàn)確定的位置轉(zhuǎn)換表，轉(zhuǎn)換為計(jì)算機(jī)可以識(shí)別的X，Y坐標(biāo)信號(hào)；因此對多個(gè)操作體的判斷識(shí)別不需增加額外的裝置或設(shè)備即可實(shí)現(xiàn)。具體的計(jì)算方法與公式參見上文所述。
圖5是本發(fā)明的第二種實(shí)施例，六個(gè)紅外發(fā)射元件502以圖示的方法排布在框架501上，框架501長邊排布有四個(gè)紅外發(fā)射元件502，短邊排布有兩個(gè)紅外發(fā)射元件502，紅外接收元件503分布在框架的四周，紅外發(fā)射元件發(fā)射的錐形光束所覆蓋的范圍如圖所示，采用此種排布方式，對單個(gè)或多個(gè)操作體的位置大小識(shí)別判斷計(jì)算方法與實(shí)施例一中所述相同。
圖6是本發(fā)明的第三種實(shí)施例，紅外發(fā)射元件602以圖示的方法排布在框架601上，框架601每邊均排布有一個(gè)紅外發(fā)射元件602，紅外接收元件603分布在框架的四周，紅外發(fā)射元件發(fā)射的錐形光束所覆蓋的范圍如圖所示，采用此種排布方式，對單個(gè)或多個(gè)操作體的位置大小識(shí)別判斷計(jì)算方法如實(shí)施例一所述。
附圖7是本發(fā)明的第四種實(shí)施例，紅外發(fā)射元件702與紅外接收元件703以圖示的方法排布在框架701上，以五個(gè)紅外接收元件703與一個(gè)紅外發(fā)射元件702間隔排列，發(fā)射元件與接收元件之間形成的光柵如704所示。采用此種排布方式，對操作體的位置以及形狀大小的判斷可以使用較簡單的方式進(jìn)行，對實(shí)施例一中的計(jì)算公式可以進(jìn)行簡單的變換即可使用，對于公式的變換，具有一定數(shù)學(xué)知識(shí)的人員均可以完成，此處不再敘述。
附圖8是本發(fā)明的第五種實(shí)施例，紅外發(fā)射元件802與紅外接收元件803以圖示的方法排布在框架801相對的邊緣上，以五個(gè)紅外接收元件803與一個(gè)紅外發(fā)射元件802間隔排列，發(fā)射元件與接收元件在水平方向上形成的光柵如806所示。而在另外的方向上，紅外發(fā)射元件804與紅外接收元件805以圖示的方法排布在框架801上，紅外發(fā)射元件804排布在框架一邊，紅外接收元件805排布在框架另一邊，在豎直方向上形成的光柵如807所示。采用此種排布方式，對操作體的位置以及形狀大小的判斷也可以使用較簡單的方式進(jìn)行，對實(shí)施例一中的計(jì)算公式可以進(jìn)行簡單的變換即可使用，對于公式的變換，具有一定數(shù)學(xué)知識(shí)的人員均可以完成，此處不再敘述。
采用上述實(shí)施例的排布方式，充分考慮紅外發(fā)射元件的發(fā)射功率與平行性問題，在檢測距離較遠(yuǎn)的方向上采用功率較大的紅外發(fā)射元件，可以實(shí)現(xiàn)紅外觸摸裝置在超大屏幕顯示設(shè)備如200寸顯示墻上的使用，雖然單個(gè)紅外發(fā)射元件的成本較高，但采用上述排布方式相對于現(xiàn)有技術(shù)可以大大減少紅外發(fā)射元件的數(shù)量，與現(xiàn)有技術(shù)相比，在超大屏幕上的應(yīng)用可以較大幅度地降低成本。
以上所述的幾種實(shí)施例只是本發(fā)明的幾個(gè)較佳實(shí)施例，本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此。例如，對紅外發(fā)射元件的排布還可以有其它形式的排布方法，可以利用三角公式變換來簡化計(jì)算公式，對操作體位置、大小的檢測判斷可以通過查閱預(yù)先計(jì)算好的數(shù)值表來完成等等，因此本領(lǐng)域中的一般技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明所作的非實(shí)質(zhì)性變更均包括在本發(fā)明權(quán)利范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種紅外觸摸裝置，其特征在于，其包括具有驅(qū)動(dòng)電路和信號(hào)處理電路的電路板、與電路板連接的紅外發(fā)射元件和紅外接收元件，紅外觸摸裝置的檢測區(qū)域四周至少有兩條邊上既有紅外發(fā)射元件又有紅外接收元件，每個(gè)紅外發(fā)射元件發(fā)射的紅外光均由多個(gè)紅外接收元件接收。
2.如權(quán)利要求1所述的紅外觸摸裝置，其特征在于，該紅外接收元件排布在檢測區(qū)域四邊，紅外發(fā)射元件間隔在紅外接收元件之間或排布在檢測區(qū)域的四個(gè)角落。
3.如權(quán)利要求1所述的紅外觸摸裝置，其特征在于，該紅外接收元件排布在檢測區(qū)域四邊，紅外發(fā)射元件與紅外接收元件排布在不同直線上。
4.如權(quán)利要求1所述的紅外觸摸裝置，其特征在于，紅外觸摸裝置的檢測區(qū)域四周至少有兩個(gè)相對邊分別有一個(gè)紅外發(fā)射元件和多個(gè)紅外接收元件相互間隔排布。
5.如權(quán)利要求1所述的紅外觸摸裝置，其特征在于，該紅外發(fā)射元件數(shù)量比紅外接收元件少。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種紅外觸摸裝置，其包括具有驅(qū)動(dòng)電路和信號(hào)處理電路的電路板、與電路板連接的紅外發(fā)射元件和紅外接收元件，紅外觸摸裝置的檢測區(qū)域四周至少有兩條邊上既有紅外發(fā)射元件又有紅外接收元件，每個(gè)紅外發(fā)射元件發(fā)射的紅外光均由多個(gè)紅外接收元件接收。本發(fā)明紅外觸摸裝置檢測精度高、可檢測識(shí)別多個(gè)操作體、電路簡單可擴(kuò)展。
文檔編號(hào)G06F3/041GK1794157SQ20051012132
公開日2006年6月28日 申請日期2005年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月29日
發(fā)明者盧如西, 李軍明 申請人:廣東威創(chuàng)日新電子有限公司