紅外觸摸裝置的製作方法
2023-10-06 12:40:04
專利名稱：紅外觸摸裝置的製作方法
技術領域：
本發明是涉及紅外觸摸系統或者觸控螢幕，特別是涉及一種用作無線輸入設備的紅外觸摸裝置。
背景技術：
一般而言，對於紅外線觸摸系統或者觸控螢幕來說，觸摸位置的確定是通過紅外發射元件和紅外接收元件來確定的。而操作體可以是一隻手指或一支鉛筆等，只需要深入到框架範圍內遮擋紅外線光線就可以進行輸入操作。檢測原理上並不要求操作體和任何屏面相接觸。
對於紅外觸摸系統的原理和組成，已有多項中國專利闡述，國外亦有較多的文獻對此項技術進行詳細介紹，此處不再贅述。
在現有技術紅外線觸摸系統中，沿著屏幕四周排列的發射元件的數量等於相對邊緣上排列的接收元件數量，發射元件集中在框架的同一側，與之對應的接收元件集中在另一側，如圖1所示。101是觸控螢幕框架，檢測操作體水平坐標位置的紅外線發射元件陣列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，工作時在框架窗口內形成豎直線狀光柵106。檢測操作體豎直坐標位置的紅外線發射元件陣列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，工作時在框架窗口內形成水平線狀光柵107。框架的中間窗口部分是全空的，只有紅外光線通過，無任何實體構件。
現有技術採用對稱式排布紅外發射元件與接收元件的布局方式可以簡化電路，整個裝置的體積可以控制在一個較小的數值。但由於紅外線管物理分布的密度的距離問題，導致一些死角問題；而在偏離發射軸心距離較遠的接收管的閾值電壓的一致性問題，以及計算方法的複雜性可以帶來一些誤差，而這種誤差可以導致現有產品的解析度在檢測範圍內出現一致性問題以及目標捕捉的平滑性等問題。
同時採用水平和垂直光柵網狀結構的檢測方法，只能檢測識別單一操作體，而對多個操作體同時需要檢測識別就難以實現了，這在一定程度上限制了外紅觸摸技術的使用範圍。
現有技術受紅外發射元件發射功率及平行性的影響，其檢測區域大都在對角線100英寸的範圍內，若要擴大檢測區域，必須使用大功率的紅外發射元件，但隨著大功率發射元件數量的增加，生產成本也會大幅增加。
此外，現有技術產品，為了提高檢測的精度，往往對紅外發射元件及接收元件的精度要求較高，如國內專利0123146.7於2001年7月16日公布了一種用於紅外觸控螢幕的紅外發射管，通過改進的設計，將紅外發射管的管芯安裝在凸透鏡的焦點上，以提高發射光線的平行性。這種方法雖可以在一定程度上改善紅外元件的聚焦性能，但同時也提高了生產製造成本。
因此，對現有技術進行改進，提供一種檢測精度高、可檢測識別多個操作體、電路簡單可擴展並且能與超大屏幕顯示設備相結合的紅外觸摸裝置實為必要。
發明內容本發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，它能夠準確地確定操作體在檢測區域內的位置，而不需要增加紅外元件的數量，也不需要高平行性的外紅髮射元件。
本發明的另一個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施或器件。
本發明的再一個目的是提供一種可以檢測識別單個操作體或多個操作體在檢測區域內位置的紅外觸摸裝置。
本發明的再一個目的是提供一種可以應用在超大屏幕顯示屏上而且成本較低的紅外觸摸裝置。
為了實現上述目的，本發明採用如下技術方案提供一種紅外觸摸裝置，其包括具有驅動電路和信號處理電路的電路板、與電路板連接的紅外發射元件和紅外接收元件，紅外觸摸裝置的檢測區域四周至少有兩條邊上既有紅外發射元件又有紅外接收元件，一邊上的一個紅外發射元件在其相對邊上對應有多個紅外接收元件，即一條邊上的一個紅外發射元件作用於相對邊上的多個紅外接收元件，每個紅外發射元件發射的紅外光均由多個紅外接收元件接收。
該紅外發射元件排布在檢測區域內特定位置，紅外發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域四邊，紅外發射元件間隔排布在紅外接收元件之間並分布在檢測區域四邊的交接處，即分布在檢測區域的四個角落，排布在四邊的紅外接收元件接收四個角落的紅外發射元件的紅外光信號。
或者是，該紅外接收元件排布在檢測區域四邊，紅外發射元件與紅外接收元件排布在不同直線上，紅外發射元件排布在紅外接收元件之後，排布在四邊的紅外接收元件接收排布在其後特定位置的對邊的紅外發射元件的紅外光信號。
又或者是，紅外觸摸裝置的檢測區域有兩個相對邊採用一個紅外發射元件和多個紅外接收元件相互間隔排布，一條邊上的一個紅外發射元件與對邊上的多個紅外接收元件相對應；另外兩個相對邊分別單一排布紅外發射元件或紅外接收元件，兩邊的紅外發射元件和紅外接收元件一一對應。
還可以是，紅外觸摸裝置的檢測區域四周的四個邊分別間隔排布有一個紅外發射元件和多個紅外接收元件，一邊上的一個紅外發射元件與對邊上的多個紅外接收元件相對應。
每一個紅外發射元件在受控狀態下發射一束錐形紅外光，在與之相對的特定範圍內的紅外接收元件均可以接收到紅外發射元件發射的紅外光。而發射元件所發射的錐形光的角度僅決定於發射元件的自身特性，不需要藉助諸如透鏡等外部設備或器件。
採用此種排布方式，充分考慮紅外發射元件的發射功率與平行性問題，在檢測距離較遠的方向上採用功率較大的紅外發射元件，可以實現紅外觸摸裝置在超大屏幕顯示設備如200寸顯示牆上的使用，雖然單個紅外發射元件的成本較高，但採用此種排布方式相對於現有技術可以大大減少紅外發射元件的數量，與現有技術相比，在超大屏幕上的應用可以較大幅度地降低成本。
單個操作體在檢測區域中的位置的判斷，是通過計算輸出信號發生變化的接收元件的位置來確定操作體在相對於框架邊緣的角度，從而計算出操作體的中心在檢測區域的位置，再根據通過實驗確定的位置轉換表，轉換為計算機可以識別的X，Y坐標信號。而對單個操作體大小的識別，是通過計算操作體中心坐標相對於輸出信號發生變化的接收元件的位置來確定的，由於採用多個發射元件，因此可以計算操作體在不同方向上的大小，進而可以準確識別操作體的形狀與大小。
對多個操作體位置、大小識別判斷，是在單個操作體識別的基礎上進行，由於紅外發射元件與紅外接收元件採用非對稱式排布方式，在檢測區域的四周均有接收元件，通過檢測框架四個邊緣輸出信號發生變化的接收元件的位置來確定每個操作體在相對於框架邊緣的角度，從而計算出每個操作體的中心在檢測區域的位置，再根據通過實驗確定的位置轉換表，轉換為計算機可以識別的X，Y坐標信號；因此對多個操作體的判斷識別不需增加額外的裝置或設備即可實現。而對多個操作體大小的識別，是通過計算每個操作體中心坐標相對於輸出信號發生變化的接收元件的位置來確定的。
具體的計算方法將結合具體實施方案詳細敘述。
與現有技術相比，本發明有如下有益效果本發明紅外觸摸裝置的檢測區域四周的紅外發射元件與紅外接收元件以特定方式排布，一個紅外發射元件對應有多個紅外接收元件，通過四周輸出信號發生變化的接收元件的位置來確定每個操作體在相對於框架邊緣的角度，從而計算出每個操作體的中心在檢測區域的位置，且對多個操作體的判斷辨識不需增加額外的裝置或設備即可實現，簡單且準確，一定程度上消除了盲區，且不受紅外發射元件發射功率及平行性的影響，可低成本增大檢測區域。
圖1是現有技術產品的結構示意圖；圖2是本發明紅外觸摸裝置的實施例一的示意圖；圖3是本發明實施例一單一目標定位計算示意圖；圖4是本發明實施例一多個目標定位計算示意圖；圖5是本發明紅外觸摸裝置的實施例二的示意圖；圖6是本發明紅外觸摸裝置的實施例三的示意圖；圖7是本發明紅外觸摸裝置的實施例四的示意圖；圖8是本發明紅外觸摸裝置的實施例五的示意圖。
具體實施方式請參照圖2，是本發明的一種實施例，紅外接收元件203排布在框架201的四周，四個紅外發射元件204、205、206、207分別排布在框架201的左上、右上、右下、左下四個角落，當操作體202進入檢測區域時，左上角紅外發射元件204所發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發生變化；右上角紅外發射元件205所發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發生變化，其它角落的紅外發射元件所發出的錐形光束也會受到不同程度的遮擋，使得對應的接收元件輸出信號發生變化，下面結合簡化的圖形來說明單個操作體的位置以及形狀大小的檢測識別計算方法。
請參照圖3，是單一目標的定位計算示意圖，右上角紅外發射元件301所發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發生變化，通過查找之前依據實驗確定的角度與接收元件位置對應表，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，此角度標記為α；左上角紅外發射元件302所發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發生變化，通過查找之前依據實驗確定的角度與接收元件位置對應表，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，此角度標記為β；左上角發射元件302與右上角發射元件301之間的距離310D可以精確測量，當然，左上角與左下角發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域左邊緣的水平位置坐標X，距離檢測區域上邊緣的豎直位置坐標Y可以通過下面的公式計算出來X＝Y tanβY＝D tanα/(1+tanαtanβ)操作體在右上角發射元件301錐形光束範圍內的大小為R1＝Y tan[(θ306-θ307)/2]/sinα
操作體在左上角發射元件301錐形光束範圍內的大小為R2＝Y tan[(θ304-θ305)/2]/cosβ同理，可以算出操作體中心在左下角、右下角紅外發射元件錐形光束範圍內的位置坐標以及形狀大小。
經過上述的計算處理，可以精確計算出單個操作體在檢測區域內的位置以及形狀大小。
對多個操作體位置、大小的識別判斷示意圖請參見圖4，紅外發射元件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同時在檢測區域內。對多個操作體位置、大小的檢測識別是在單個操作體識別的基礎上進行，由於紅外發射元件與紅外接收元件採用非對稱式排布方式，在檢測區域的四周均有接收元件，通過檢測框架四個邊緣輸出信號發生變化的接收元件的位置來確定每個操作體在相對於框架邊緣的角度，從而計算出每個操作體的中心在檢測區域的位置，再根據通過實驗確定的位置轉換表，轉換為計算機可以識別的X，Y坐標信號；因此對多個操作體的判斷識別不需增加額外的裝置或設備即可實現。具體的計算方法與公式參見上文所述。
圖5是本發明的第二種實施例，六個紅外發射元件502以圖示的方法排布在框架501上，框架501長邊排布有四個紅外發射元件502，短邊排布有兩個紅外發射元件502，紅外接收元件503分布在框架的四周，紅外發射元件發射的錐形光束所覆蓋的範圍如圖所示，採用此種排布方式，對單個或多個操作體的位置大小識別判斷計算方法與實施例一中所述相同。
圖6是本發明的第三種實施例，紅外發射元件602以圖示的方法排布在框架601上，框架601每邊均排布有一個紅外發射元件602，紅外接收元件603分布在框架的四周，紅外發射元件發射的錐形光束所覆蓋的範圍如圖所示，採用此種排布方式，對單個或多個操作體的位置大小識別判斷計算方法如實施例一所述。
附圖7是本發明的第四種實施例，紅外發射元件702與紅外接收元件703以圖示的方法排布在框架701上，以五個紅外接收元件703與一個紅外發射元件702間隔排列，發射元件與接收元件之間形成的光柵如704所示。採用此種排布方式，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行，對實施例一中的計算公式可以進行簡單的變換即可使用，對於公式的變換，具有一定數學知識的人員均可以完成，此處不再敘述。
附圖8是本發明的第五種實施例，紅外發射元件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，以五個紅外接收元件803與一個紅外發射元件802間隔排列，發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。採用此種排布方式，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行，對實施例一中的計算公式可以進行簡單的變換即可使用，對於公式的變換，具有一定數學知識的人員均可以完成，此處不再敘述。
採用上述實施例的排布方式，充分考慮紅外發射元件的發射功率與平行性問題，在檢測距離較遠的方向上採用功率較大的紅外發射元件，可以實現紅外觸摸裝置在超大屏幕顯示設備如200寸顯示牆上的使用，雖然單個紅外發射元件的成本較高，但採用上述排布方式相對於現有技術可以大大減少紅外發射元件的數量，與現有技術相比，在超大屏幕上的應用可以較大幅度地降低成本。
以上所述的幾種實施例只是本發明的幾個較佳實施例，本發明的保護範圍並不局限於此。例如，對紅外發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算公式，對操作體位置、大小的檢測判斷可以通過查閱預先計算好的數值表來完成等等，因此本領域中的一般技術人員根據本發明所作的非實質性變更均包括在本發明權利範圍內。
權利要求
1.一種紅外觸摸裝置，其特徵在於，其包括具有驅動電路和信號處理電路的電路板、與電路板連接的紅外發射元件和紅外接收元件，紅外觸摸裝置的檢測區域四周至少有兩條邊上既有紅外發射元件又有紅外接收元件，每個紅外發射元件發射的紅外光均由多個紅外接收元件接收。
2.如權利要求1所述的紅外觸摸裝置，其特徵在於，該紅外接收元件排布在檢測區域四邊，紅外發射元件間隔在紅外接收元件之間或排布在檢測區域的四個角落。
3.如權利要求1所述的紅外觸摸裝置，其特徵在於，該紅外接收元件排布在檢測區域四邊，紅外發射元件與紅外接收元件排布在不同直線上。
4.如權利要求1所述的紅外觸摸裝置，其特徵在於，紅外觸摸裝置的檢測區域四周至少有兩個相對邊分別有一個紅外發射元件和多個紅外接收元件相互間隔排布。
5.如權利要求1所述的紅外觸摸裝置，其特徵在於，該紅外發射元件數量比紅外接收元件少。
全文摘要
本發明公開了一種紅外觸摸裝置，其包括具有驅動電路和信號處理電路的電路板、與電路板連接的紅外發射元件和紅外接收元件，紅外觸摸裝置的檢測區域四周至少有兩條邊上既有紅外發射元件又有紅外接收元件，每個紅外發射元件發射的紅外光均由多個紅外接收元件接收。本發明紅外觸摸裝置檢測精度高、可檢測識別多個操作體、電路簡單可擴展。
文檔編號G06F3/041GK1794157SQ20051012132
公開日2006年6月28日 申請日期2005年12月29日 優先權日2005年12月29日
發明者盧如西, 李軍明 申請人:廣東威創日新電子有限公司