專利名稱：用于紅外觸摸屏的光電發(fā)射接收結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光電檢測技術(shù)領(lǐng)域，尤其是應(yīng)用于計算機觸摸屏領(lǐng)域的、檢測觸摸物 位置的紅外光電檢測技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前紅外觸摸屏的工作原理是在觸摸屏四周按一定順序安裝許多對紅外發(fā)射接收 管，這些發(fā)射接收管沿觸摸屏邊緣縱向和橫向排列，其發(fā)射接收的光線在顯示屏幕的 前方構(gòu)成一個正交的或者以正交形式為主的紅外掃描網(wǎng)格，通過檢測手指等觸摸物所 隔斷的紅外光線，實現(xiàn)對觸摸物位置的檢測。這種典型結(jié)構(gòu)的技術(shù)方案在號碼為95 1 05303.5、 00121462.4的中國專利申請和號碼為3,764,813、 3,860,754、 6,429,857的美國 專利中都有詳細描述。
這種結(jié)構(gòu)要求在紅外觸摸屏的四個邊框上都安裝有紅外元件一一發(fā)射管和接收 管，并且位置相對的兩個邊框之間，都安裝有光軸在一條直線上的紅外發(fā)射和接收對 管，因此每對管子之間光線的最短距離都要不小于邊框的長度或者寬度。這對于一般4: 3或者16: 9等常規(guī)尺寸的顯示屏幕而言， 一般不會有很大問題；但是對于某些特殊的 應(yīng)用，如長寬的比例超過2: l甚至達到4: 1、 10: 1等尺寸比例并且尺寸較大的拼合 顯示屏幕，沿顯示屏幕長度方向傳播的紅外光線將會被嚴重衰減，導(dǎo)致觸摸屏不能正 常工作。另外，四個邊框上都安裝有紅外元件，既增加了部件的數(shù)量，又對安裝配合 精度的要求比較高，因此也增加了生產(chǎn)制造和的成本。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的，就是針對現(xiàn)有紅外觸摸屏的上述缺點，提出一種更適合大長寬比 的顯示屏幕的紅外觸摸屏的光電發(fā)射接收結(jié)構(gòu)的技術(shù)方案。本發(fā)明的另一個目的是減 少邊框部件的數(shù)量，至少是降低對邊框部件配合精度的要求。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了如下的基本結(jié)構(gòu)方案。在本發(fā)明的光電發(fā)射接收 結(jié)構(gòu)中，包含有紅外元件即紅外發(fā)射管和紅外接收管、用于驅(qū)動每一只發(fā)射管并選通 與該發(fā)射管對應(yīng)的接收管的若干個開關(guān)陣列；耦合連接在與紅外接收管對應(yīng)的開關(guān)陣 列的光電信號輸出端的放大處理電路；以及通過I/O 口線分別與上述各部分連接、控 制上述部分工作的微型計算機系統(tǒng)。在本發(fā)明中，所述的紅外元件，按照發(fā)射和接收
元件分類，分別安裝在構(gòu)成觸摸屏的框架的兩個與顯示屏幕的長邊長度相同的長邊上； 在所述框架每個長邊的延長部分，另各安裝有M只同類型的紅外元件，并且所述兩個 邊框的延長部分，與所述顯示屏幕中心成中心對稱結(jié)構(gòu)；在所述兩個長邊的第一個長 邊上的第N只紅外元件，對應(yīng)于第二個長邊上的第N只紅外元件和第N+M只紅外元 件；在所述第一個長邊的延長部分安裝的M只紅外元件，分別與框架第二個長邊同一 側(cè)邊緣部分安裝的、在所述第一個長邊上僅有一只紅外元件向與其對應(yīng)的M只紅外元 件相對應(yīng)；所述各個互相對應(yīng)的紅外元件，分別連接在不同的開關(guān)陣列內(nèi)。
紅外元件包含有紅外發(fā)射和接收管，因此上述基本結(jié)構(gòu)可以有兩種具體構(gòu)造。 第一種在所述第一個長邊上的第N只紅外元件，以及所述框架長邊的延長部分 安裝的紅外元件，均是紅外發(fā)射管；對應(yīng)于第二個長邊上的第N只、第M+N只紅外 元件，以及所述在第一個長邊沒有在光軸偏離的方向與其對應(yīng)的M只紅外元件，均為 紅外接收管。這樣，所述第N只、第N+M只紅外接收管，分別被連接在不同的開關(guān) 陣列內(nèi)。在這種結(jié)構(gòu)下，接收管可以同時接收同一個發(fā)射管發(fā)射的紅外線以提高掃描 速度。為了使兩只接收管互不影響，就需要所述第N只、第N+M只紅外接收管的紅 外光電信號的輸出端，分別被耦合連接到包含在光電信號放大處理電路中的獨立的放 大器的輸入端。
第二種在所述第一個長邊上的第N只紅外元件，以及所述框架長邊的延長部分 安裝的紅外元件，均是紅外接收管；對應(yīng)于第二個長邊上的第N只、第N+M只紅外 元件，以及所述在第一個長邊沒有在光軸偏離的方向與其對應(yīng)的M只紅外元件，均為 紅外發(fā)射管。這時，所述第N只紅外接收管、第N只、第N+M只紅外發(fā)射管，分別 被連接在不同的開關(guān)陣列內(nèi)。由于一只接收管不能同時接受兩只未經(jīng)調(diào)制的紅外發(fā)射 管所發(fā)射的紅外線，因此這是對接收管的光電信號處理電路中的放大器沒有特殊要求。
無論第一種還是第二種具體的構(gòu)造，在所述微型計算機系統(tǒng)的存儲器內(nèi)，都要包 含有控制所述開關(guān)陣列的控制代碼模塊，并通過所述的I/0接口，控制所述開關(guān)陣列， 在所述紅外元件發(fā)射紅外線時，選通與該發(fā)射紅外線的原件相對應(yīng)的紅外接收元件。
當(dāng)然，對于所述兩個邊框的延長部分，還可以參照現(xiàn)有觸摸屏的結(jié)構(gòu)，安裝在所 述顯示屏幕的寬度方向的邊緣上，以縮減觸摸屏在長度方向的尺寸。
為了取得均衡、良好的接收效果，需要綜合考慮傳播距離、發(fā)射和接收角度等問 題，因此可以將紅外元件傾斜安裝，g卩所述第一個長邊的第N只紅外元件的光軸， 都指向第二個長邊上、與其對應(yīng)的第N只和第N+M只紅外元件之間。
發(fā)明的益處從上面對技術(shù)方案的描述可以看到，本發(fā)明有兩個益處。第一，擴大了紅外觸摸屏的應(yīng)用范圍，可以用于大尺寸的大長寬比的顯示屏幕這類普通紅外觸 摸技術(shù)無法應(yīng)用的場合；第二，即使應(yīng)用于普通長寬比的顯示屏幕，采用四周邊框的 結(jié)構(gòu)，也降低了對邊框生產(chǎn)和安裝經(jīng)度的要求，降低了生產(chǎn)成本。


附圖l:本發(fā)明的紅外發(fā)射和接收結(jié)構(gòu)的示意圖； 附圖2:與附圖1相匹配的電路和微型計算機系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；附圖3:附圖1的一種實用四個邊框的變形結(jié)構(gòu)示意圖； 附圖4:紅外元件的一種安裝結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中101，顯示屏幕；102,觸摸屏長邊即顯示屏幕長度方向的框架；103，紅外元件陣列；104，補齊裝飾框架部分；105，紅外光線光路構(gòu)成的網(wǎng)格；
201，觸摸屏短邊即顯示屏幕寬度方向的框架；202，安裝在框架201之內(nèi)的紅外元件；
301、 302，紅外元件(發(fā)射和接收)的光軸；
401，構(gòu)成觸摸屏內(nèi)部的微型計算機系統(tǒng)的微控制器；402，紅外發(fā)射矩陣之一； 403，紅外發(fā)射管陣列；404，驅(qū)動紅外發(fā)射管陣列的總線；405，紅外接收矩陣之一； 406，紅外接收管陣列；407，驅(qū)動紅外接收管陣列的總線；408，選擇紅外接收管陣列 的總線；409，紅外光電信號放大處理電路；410，紅外光電信號輸出輸入端口。
具體實施例方式
本發(fā)明的基本結(jié)構(gòu)形式如圖1所示。在沿顯示屏幕101的長邊方向上的觸摸屏邊框102的內(nèi)部，安裝有紅外元件103。這里的紅外元件可以是紅外發(fā)射管，也可以是紅外接收管，構(gòu)成紅外元件陣列，因此在圖中只給出了紅外線的傳播路徑105形成的掃描網(wǎng)格，而沒有給出傳播方向。如果假設(shè)上面一排的紅外元件是紅外發(fā)射管，則第N只發(fā)射管對應(yīng)于對邊的第N只接收管和斜向的第N+M只接收管，這是光線的傳播方向如連接N^N和N—M的粗線箭頭所示。在顯示屏幕邊緣以外、觸摸屏框架長邊的延長部分安裝的M只紅外元件，對應(yīng)于對面框架上邊緣處安裝的、在本側(cè)長邊上僅有一只紅外元件向與其對應(yīng)的M只紅外元件。圖中虛線部分的框架104僅僅起到外觀補充的作用，保持觸摸屏的對稱性。這樣，當(dāng)觸摸屏內(nèi)的微控制器控制相關(guān)電路，按照現(xiàn)有紅外觸摸屏的掃描方式，驅(qū)動發(fā)射邊的第N只發(fā)射管發(fā)射紅外線時，同時或者分別選通接收邊的第N只和第N+M只紅外接收管，來接收所述第N只發(fā)射管發(fā)射紅外
線，這樣循環(huán)不斷，每一組這樣的三只管子被依次或同時選通，紅外光線通過的路徑 就在顯示屏幕101的表面紅外形成一個縱斜的光網(wǎng)，實現(xiàn)檢測觸摸物坐標(biāo)的目的。如 果為了提高掃描速度，在上述第N只發(fā)射管發(fā)射紅外線時，同時啟動第N只和第N+ M只紅外接收管來接收紅外線，這時就需要在第N只和第N+M只接收管所在的選通 矩陣中，各有一個與第N只和第N+M只接收管的光電信號輸出端相耦合連接的、獨 立的光電信號放大器，才能保證兩路紅外信號互不干擾。
上面描述的是一只紅外發(fā)射管對應(yīng)于兩只紅外接收管的掃描方式。與此對應(yīng)，還 可以選擇一只紅外接收管對應(yīng)于兩只紅外發(fā)射管的結(jié)構(gòu)方案，原理與上面描述的相同。 但這時一致紅外接收管不能同時接收兩只發(fā)射管發(fā)射的未經(jīng)調(diào)制的紅外信號，因此接 收端一般只需要一只與所述接收管的光電信號輸出端相耦合連接的光電信號放大器。 如果兩只發(fā)射管所發(fā)射的紅外信號經(jīng)過調(diào)制，則可以同時接收，但在觸摸屏的紅外光 電信號處理電路中，要包含有與發(fā)射管的調(diào)制單元相對應(yīng)的解調(diào)單元。
圖2是圖1的一種變通結(jié)構(gòu)，即將所述兩個邊框的延長部分"彎折"，安裝在所 述顯示屏幕的寬度方向的邊緣上，構(gòu)成與現(xiàn)有紅外觸摸屏相同的外部結(jié)構(gòu)形式。如圖 所示，原來兩個邊框上延長的紅外元件202,被安裝進了兩個單獨的、沿顯示屏幕寬度 方向的邊緣安裝的框架201之中，形成與圖1的結(jié)構(gòu)相同的掃描網(wǎng)格結(jié)構(gòu)。
圖3是有關(guān)紅外元件的最佳安裝方式。因為本發(fā)明中，除了邊框延長部分的紅外 元件外，其它紅外元件都是一只發(fā)射對應(yīng)于兩只接收管，或者一只接收管對應(yīng)于兩只 發(fā)射管。為了取得均衡、良好的接收效果，需要綜合考慮傳播距離、發(fā)射和接收角度 等問題，因此可以將紅外元件傾斜安裝。如圖所示，第一個長邊的第N只紅外元件的 光軸301、 302，都指向第二個長邊上、與其對應(yīng)的第N只和第N+M只紅外元件之間 (的位置)。對于距離較近的對應(yīng)管，傾斜角度可以相對大些；對于距離較遠的對應(yīng)管， 光軸的傾斜角度可以相對小些。這樣利用距離和角度，就可以達到調(diào)節(jié)接收靈敏度的 作用，使每只紅外接收管所輸出的信號都能比較一致，方便電路部分的設(shè)計和調(diào)試。 對于邊框延長部分安裝的只與對邊一只紅外元件對應(yīng)的管子，也可以參照這個方式處 理。
圖4是與圖1或者圖2相對應(yīng)的一種電路系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。與現(xiàn)有觸摸屏的結(jié) 構(gòu)相比，圖4中僅僅多了一條紅外元件選通矩陣的選擇總線408。假設(shè)圖中陰影部分的 紅外元件是紅外接收管，則這部分的工作原理如下由構(gòu)成觸摸屏微型計算機系統(tǒng)的 核心元件——微控制器401發(fā)出選通指令后，微控制器通過掃描地址總線404，控制發(fā)
射部分的每一個驅(qū)動矩陣402，驅(qū)動每一個紅外發(fā)射管陣列403中的發(fā)射管，按照設(shè)定 的順序發(fā)射紅外線；與此同時；微控制器通過掃描地址總線407和矩陣選擇總線408， 按照設(shè)定的規(guī)則，控制接收部分的兩個選通矩陣405，分別驅(qū)動由被選擇的兩個矩陣所 選通的兩個接收管陣列406中的不同的接收管，按照設(shè)定的順序接收由上述發(fā)射管發(fā) 射的紅外線。接收到的紅外光電信號，通過紅外光電信號輸出輸入端口410，傳輸?shù)郊t 外光電信號放大處理電路409中處理。如前所述，如果同時啟動第N只和第N+M只 紅外接收管來接收紅外線，這時所說與第N只和第N+M只紅外接收管相對應(yīng)的、獨 立的光電信號放大器，屬于光電信號放大處理電路409的一部分。
由于使用微控制器按照一定規(guī)則來同時控制2 3個或者多個節(jié)點的通斷，屬于現(xiàn) 有廣泛應(yīng)用的成熟技術(shù)，因此相關(guān)的技術(shù)細節(jié)就不在此詳述，可參考前面背景技術(shù)的 內(nèi)容及有關(guān)微控制器的技術(shù)資料。
上述實施例所給出結(jié)構(gòu)，是本發(fā)明的基本技術(shù)方案下的一般性結(jié)構(gòu)，不是本發(fā)明 的全部實施方案，因此本發(fā)明的保護范圍包括但不局限于上述的具體結(jié)構(gòu)方案。
權(quán)利要求
1. 一種用于紅外觸摸屏的光電發(fā)射接收結(jié)構(gòu)，包含有紅外元件即紅外發(fā)射管和紅外接收管、用于驅(qū)動每一只發(fā)射管并選通與該發(fā)射管對應(yīng)的接收管的若干個開關(guān)陣列；耦合連接在與紅外接收管對應(yīng)的開關(guān)陣列的光電信號輸出端的放大處理電路；以及通過I/O口線分別與上述各部分連接、控制上述部分工作的微型計算機系統(tǒng)；其特征在于所述的紅外元件，按照發(fā)射和接收元件分類，分別安裝在構(gòu)成觸摸屏的框架的兩個與顯示屏幕的長邊長度相同的長邊上；在所述框架每個長邊的延長部分，另各安裝有M只同類型的紅外元件，并且所述兩個邊框的延長部分，與所述顯示屏幕中心成中心對稱結(jié)構(gòu)；在所述兩個長邊的第一個長邊上的第N只紅外元件，對應(yīng)于第二個長邊上的第N只紅外元件和第N+M只紅外元件；在所述第一個長邊的延長部分安裝的M只紅外元件，分別與框架第二個長邊同一側(cè)邊緣部分安裝的、在所述第一個長邊上僅有一只紅外元件向與其對應(yīng)的M只紅外元件相對應(yīng)；所述各個互相對應(yīng)的紅外元件，分別連接在不同的開關(guān)陣列內(nèi)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光電發(fā)射接收結(jié)構(gòu)，其特征在于在所述第一個長邊上的第 N只紅外元件，以及所述框架長邊的延長部分安裝的紅外元件，均是紅外發(fā)射管； 對應(yīng)于第二個長邊上的第N只、第M+N只紅外元件，以及所述在第一個長邊沒有 在光軸偏離的方向與其對應(yīng)的M只紅外元件，均為紅外接收管。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的光電發(fā)射接收結(jié)構(gòu)，其特征在于所述第N只、第N+M只 紅外接收管，分別被連接在不同的開關(guān)陣列內(nèi)；所述第N只、第N+M只紅外接收 管的紅外光電信號的輸出端，分別被耦合連接到包含在光電信號放大處理電路中的 獨立的放大器的輸入端。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光電發(fā)射接收結(jié)構(gòu)，其特征在于在所述第一個長邊上的第 N只紅外元件，以及所述框架長邊的延長部分安裝的紅外元件，均是紅外接收管；對應(yīng)于第二個長邊上的第N只、第N+M只紅外元件，以及所述在第一個長邊沒有 在光軸偏離的方向與其對應(yīng)的M只紅外元件，均為紅外發(fā)射管。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的光電發(fā)射接收結(jié)構(gòu)，其特征在于所述第N只紅外接收管、 第N只、第N+M只紅外發(fā)射管，分別被連接在不同的開關(guān)陣列內(nèi)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1或3、 5所述的光電發(fā)射接收結(jié)構(gòu)，其特征在于在所述微型計算機 系統(tǒng)的存儲器內(nèi)，包含有控制所述開關(guān)陣列的控制代碼模塊，所述控制代碼模塊通 過所述的I/O接口，控制所述開關(guān)陣列，在所述紅外元件發(fā)射紅外線時，選通與該 發(fā)射紅外線的原件相對應(yīng)的紅外接收元件。
7. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的光電發(fā)射接收結(jié)構(gòu)，其特征在于所述兩個邊框的延長部分， 安裝在所述顯示屏幕的寬度方向的邊緣上。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光電發(fā)射接收結(jié)構(gòu)，其特征在于紅外元件在所述邊框上傾 斜安裝；所述第一個長邊的第N只紅外元件的光軸，都指向第二個長邊上、與其對 應(yīng)的第N只和第N+M只紅外元件之間。
全文摘要
一種用于紅外觸摸屏的光電發(fā)射接收結(jié)構(gòu)，包含有沿安裝在顯示表面長度方向的觸摸屏的兩個邊框上的紅外元件，其中第N只發(fā)射或接收元件對應(yīng)對邊的第N只以及斜向的第N+M只接收或發(fā)射元件，并且在邊框超出顯示表面的延長位置，還安裝有M只紅外發(fā)元件，分別與對邊框架上同一側(cè)邊緣部分安裝的、在本邊上僅有一只紅外元件向與其對應(yīng)的M只紅外發(fā)射或接收元件。每一組這樣的三只管子被依次或同時選通，觸摸屏表面紅外光線通過的路徑形成一個縱斜光網(wǎng)。本發(fā)明適合長寬比很大的觸摸屏，首先可避免因長度方向距離過大使紅外線的衰減嚴重而無法工作，其次即便是變通后構(gòu)成四個邊框的一般結(jié)構(gòu)，也能降低對生產(chǎn)和安裝精度的要求。
文檔編號G06F3/041GK101382859SQ20081011315
公開日2009年3月11日 申請日期2008年5月28日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月28日
發(fā)明者劉建軍, 劉新斌, 葉新林 申請人:北京匯冠新技術(shù)有限公司