CN101162417B

CN101162417B - 一种提高红外触摸屏响应速度的方法

Info

Publication number: CN101162417B
Application number: CN2006101408742A
Authority: CN
Inventors: 刘中华; 刘建军; 叶新林; 刘新斌
Original assignee: Beijing Unitop New Technology Co Ltd
Current assignee: Beijing Unitop New Technology Co Ltd
Priority date: 2006-10-13
Filing date: 2006-10-13
Publication date: 2010-08-25
Anticipated expiration: 2026-10-13
Also published as: CN101162417A

Abstract

一种用于提高红外触摸屏响应速度的方法，用于利用正交的红外线网格来检测触摸物的红外触摸屏，主要步骤如下：首先在整个触摸屏的区域内扫描检测是否有触摸物存在；如果检测到有触摸物则计算触摸物的位置，并以该位置为参照点，选择该其前后左右的若干对红外发射和接收对管来设定新的、小于整个触摸屏尺寸的检测区域并扫描检测该区域；如果在该设定区域内再次检测到触摸物，则重复上述计算、设定步骤，或者设定与上次尺寸相同的检测区域，或者设定尺寸更小的新区域，继续扫描检测触摸物。如此循环重复上述步骤，如果上述的某次检测没有检测到触摸物，则重新开始对整个触摸屏的扫描检测。本方法能有效提高触摸屏对于触摸操作的响应速度。

Description

一种提高红外触摸屏响应速度的方法

技术领域

本发明属于计算机多媒体输入设备的触摸屏技术领域，尤其是使用光电检测技术的红外触摸屏技术领域。

背景技术

现有的红外触摸屏的结构，基本上都是由沿着矩形对边排列安装的若干对红外发射和红外接收管构成的红外发射和接收管阵列，以及用于驱动所述红外发射管发射红外线和用于处理红外接收管所输出的光电信号、并输出扫描检测结果的微控制器系统构成。这里，沿着矩形触摸屏邻边排列安装的红外发射阵列中的每一只红外发射管，在微控制器的控制下，沿着安装触摸屏的显示器的表面依次发射红外线，在显示器的表面形成正交的红外线的扫描网格，并被沿着触摸屏另外两个邻边排列安装的红外接收管阵列中对应的红外接收管所接收。如果所述的红外线扫描网格中有触摸物阻断了某些条红外线，则微控制器系统就可以根据哪些接收管没有接受到其对应的发射管所发射的红外线，计算出触摸物在屏幕上的位置，并把这个位置数据通过输出端口传送到使用触摸屏的计算机或计算机系统中。相关的技术原理和技术方案见号码为95105303.5、01259522.5得中国专利和号码为3,764,813、3,775,560、3,860,754的美国专利。

对于这种结构的红外触摸屏，存在的一个问题是对于触摸事件的响应速度较慢，触摸屏或者计算机对触摸事件的响应有一段延迟时间，并且随着触摸屏尺寸的增加，延迟的时间也随之增加。这是因为触摸屏内的微控制器要逐一控制上述红外发射和接收对管阵列中的每一对管子按顺序工作，在所有的对管都被驱动工作一次以后，才完成对整个屏幕的一次检测(或称为一帧)。因此随着触摸屏尺寸的增大，管子的数量也随之增加，扫描的时间会更长，触摸屏的响应延迟现象也就越严重。尤其在使用红外触摸屏书写的时候，屏幕上显示的笔迹总是要比手指延迟一段时间才能跟上手指的动作，给人以迟滞不流畅的感觉，使得操作者产生遗漏笔画或者动作的担心，而不能畅快淋漓地表达。

目前用于提高响应速度的方法，都是采用提高扫描速度、缩短每对红外发射和接收管的开通时间来实现的。这种方法的缺陷在于以下几个方面：第一，随着触摸屏的尺寸的增加，完成一帧扫描的时间必然会随之增加，但是由于器件速度的限制，所以每个光脉冲的持续时间不能无限制地缩短，因此对于尺寸较大的触摸屏，响应速度慢的问题依然不能从根本上解决；第二，为提高响应速度就要缩短光脉冲的持续时间，那么当光脉冲的持续时间缩短到一定程度以后，就难以采用高频调制的方式来增强触摸屏抵抗环境光干扰的能力，限制了触摸屏的使用环境。第三，现有的检测方法每次检测都要完成整个一帧的扫描，每一只发射管都要参与其中，当屏幕尺寸较大时，发射管的发光强度大、工作电流高、持续时间长，因此触摸屏的工作寿命相对较短。

发明内容

本发明的目的，就是针对现有技术的这些缺陷，给出了一种提高红外触摸屏响应速度的方法。

本发明的方法适用于由沿着矩形对边排列安装的若干对红外发射和红外接收管，以及用于驱动所述红外发射管发射红外线和用于处理红外接收管所输出的光电信号、并输出扫描检测结果的微控制器系统构成的红外触摸屏，包含有如下步骤：

A).微控制器系统按照设定的顺序依次控制每一对红外发射和接收管发射和接收红外线，在整个触摸屏的区域内扫描检测是否有触摸物存在，若没有检测到触摸物，则循环重复本步骤，继续在整个触摸屏的区域内扫描检测；

B).在检测到有触摸物存在时，则计算触摸物所在的位置，即计算出触摸物阻断了哪一对或者哪些对红外发射和接收管之间的光通道；

C).根据对触摸物位置的计算结果，以触摸物所在位置为参照点，选择该参照点前后左右的若干对红外发射和接收对管来设定新的、小于整个触摸屏尺寸的扫描检测区域；所述扫描检测区域根据所述触摸物在屏幕上预设的最大移动速度进行设定；

D).微控制器系统控制所述被选择的红外发射和接收对管工作，扫描检测上述设定区域；

E).如果在所述设定的区域内检测到触摸物存在，则重复步骤B、C，在计算得到触摸物的位置后再次设定新的扫描区域并重复本步骤继续检测，如果触摸物不存在，则返回步骤A。

在本发明的方法中，重新设定的扫描区域既可以是一个尺寸固定的区域，即步骤C与步骤E所选择的若干对红外发射和接收对管的数量相同；也可以是一个随扫描检测周期的缩短而减小的区域，直到设定的最小面积，即被选择参照点前后左右的若干对红外发射管和接收管的数量，直到设定的最少数量。

在多点触摸的模式下，即触摸物有两个或两个以上时，这里的参照点的数量与触摸物的数量相同；所述被选择的红外发射和接收管对管的组数也与触摸物的数量相同。

本发明的主要优点是在不改变触摸屏的电路结构、不增加产品硬件成本的基础上，只需改变微控制器的控制程序，就能够大幅度提高触摸屏的响应速度；更方便使用者的操作。除此而外，还有一个依据这种方法而得到的附加优点：由于在很多扫描检测的周期内，只有少量的红外发射管被驱动工作，这样每只管子的累计工作时间都会减少，因此还能提高红外触摸屏的工作寿命。

附图说明

图1：一般红外触摸屏检测原理和设定新检测区域的示意图。

图2：第二次扫描检测后重新设定更小检测区域的示意图。

图3：系统工作的程序流程图。

具体实施方案

下面根据附图来说明本发明的一些具体实施方案。

在图1中，红外发射和接收管阵列安装在红外触摸屏101的边框上，其中的每一对红外发射和接收管之间的光通道就构成了正交的光扫描检测网格，如图中触摸屏边框内的细实线箭头所构成的网格。现有的技术方案是触摸屏开始工作后，将不停地按照一定的顺序依次控制所有的红外发射和接收对管，一遍遍地在整个触摸屏的范围内扫描检测是否有触摸物，并且在检测到触摸物以后，根据触摸物阻断了哪一对或者哪些对红外发射和接收管之间的光通道，来判定触摸物的位置。而在使用了本发明的方法以后，触摸屏将按照图3所示的流程进行扫描检测工作。

首先，触摸屏开始工作后就进入全区域(或者称为全屏幕)扫描检测状态，检测是否有手指、笔等触摸物在显示器的表面。如果没有检测到触摸物，则返回全区域到全区域扫描检测状态，继续在整个触摸屏区域内检测触摸物。如果检测到了触摸物102，则进入下一步，计算触摸物的位置P_i(M_i，N_i)(这里i＝1，i是循环次数，取1、2、3……等自然数，直到自行设定的最大次数n)，如果需要则把计算结果传送到微控制器的输出端口，传送到使用触摸屏的计算机或者计算机系统中。这里，M₁和N₁可以是触摸物中心所在的坐标值，但更方便使用的数值是在横向的第M对发射和接收管，以及在纵向的第N对发射和接收管的实际序号，这样更方便计算机下一步编程。在得到了触摸物在触摸屏上的位置M₁和N₁后，系统开始设定下一次扫描检测时的区域范围，即图中的步骤301。这时可以根据一般触摸物在屏幕上最大可能的移动速度来设定在这个区域，具体来说应该是：在触摸物以最大可能的速度垂直于某个方向的红外线移动时，在全区域扫描每一帧的周期时间内，计算出触摸物所移动的距离所跨越的发射和接收对管的数量K_i(这里i＝1，意义与上面相同)。以横向为例，如果以位置M₁作为参照点，则在第M₁对管子的两侧各选择至少K₁对发射和接收对管，就可以保证下一次检测这个区域时，触摸物在横向上的位移不会超出区域而不能被检测到。同理在纵向方向上也这样设定，也就可以保证触摸物在下一次检测时不会跑出以参照点(M₁，N₁)为中心、2×K₁+1个管子间距之和为边界的矩形区域内，如图2中的虚线矩形框103。假设在每帧扫描周期内触摸物102以可能的最大速度从位置P₁移动到了P₂，但依然处于矩形框103之中。在实际应用中，还可以设置被选择管子的数量稍大于K_i，以保有一定的裕量使工作更可靠。

完成了新扫描区域的设定以后，微控制器控制被选择的红外发射和接收对管按顺序开始新的扫描步骤302。假设触摸屏上安装有红外发射管的相邻的两边的扫描方向如图1中的箭头104、105所示(当然也可以是其他方向，可人为设定)，那么横向扫描的起始位置就是第M₁-K₁对红外发射和接收对管，终止位置是第M₁+K₁对；纵向的起始位置是第N₁-K₁对红外发射和接收对管，终止位置是第N₁+K₁对。如果这时触摸物已经离开了触摸屏，则检测不到触摸物，这时触摸屏再次开始全区域扫描检测，重复前述触摸物检测的步骤；如果扫面检测到了位于P₂的触摸物101，则再次进入计算步骤303，计算触摸物的位置P₂(M₂，N₂)，得到参考点的位置，也就是触摸物在横向的第M₂对发射和接收管，以及在纵向的第N₂对发射和接收管的实际序号。然后系统有两种处理方式可供选择：第一种，依然选取K₁对发射和接收管，在参考点周围设置如图1中矩形框103所示扫描检测区域，即每次重新设定的扫描检测区域的位置可能不同，但区域的尺寸都一样，然后循环扫描检测每一次重新设定的新区域；第二种，因为第二次检测设定的区域103时，所需要的时间肯定要比全区域检测所需要的时间更短，因此如果按照前述方式，设定触摸物以最大可能的运动速度，即可计算出在完成设定区域的扫描所需的时间内，触摸物所移动的距离内包含的发射和接收对管的数量以及加上一定裕量后的数值K₂，重新以2×K₂+1为边界设定新的矩形区域201，作为下次扫描的限定区域，然后再次扫描检测到触摸物的位置P_i(M_i，N_i)。然后再按照上述这种方法循环下去，依次计算触摸物位置、设定新的区域并再次检测计算，知道设定次数n时。这里n可以这样设定：K_n与K_n-1或K_n+1之差，对扫描周期的影响已经很小。这时就可以取Kn作为以后再循环的时设定区域的固定数。下面的举例计算可以更容易说明这个方案。

例如一个内部尺寸为21英寸、长宽比为4∶3的触摸屏，相邻两个边的长度约为30英寸，可以排列下间距为0.1英寸的红外发射和接收对管300对，全屏扫描周期为40mS，即每秒钟扫描检测整个触摸屏25次。假设操作者在使用触摸屏时手指在触摸屏表面的最大移动速度为2m/S，那么在一个全区域检测周期即40mS的时间内，手指的最大移动距离为：

0.04S×2m/S＝0.08m

即在一个全区域检测周期内，手指最大的移动距离为0.08m，约为3.2英寸，为更可靠起见，还可以再留出一点裕量，故取3.4英寸。因为事先无法知道手指的移动方向，因此在检测到触摸物的参考点的周围，任何方向上都应该预留出8cm的检测区域。如前所述，这个长度可能跨越红外发射和接收对管最多的方向，是垂直于某个方向的红外线移动时的方向，即红外触摸屏的一组对边平行而与另一组对边垂直的横向或者纵向，在其他方向上都是与横向或者纵向的红外线成一个角度，所跨越的红外发射和接收管对管的数量，一定少于触摸物横向或者纵向移动时所跨越的数量。这样就可以计算出在2英寸的长度的触摸屏边框上，跨越的发射或者接收管之间的间距数为：

K₁＝3.4/0.1＝34

在这个间距的数量上，包括参考点所在位置的那一对，一共可以排列33对红外发射和接收管，因此在参考点的两侧各选择I＝32对发射和接收对管，就可以保证在上述假设条件下，触摸物移动的终点不会超出本次设定的扫描检测区域，故在一个方向上(横向或纵向)被选择的发射和接收对管的总量为：

2×K₁+1＝2×34+1＝69

两个方向总共选择的发射和接收对管的数量为：

2×69＝138

即，进入下一次扫描检测步骤302时，需要控制或驱动的红外发射和接收对管的总数为82对。如果以与全区域扫描相同的速率扫描由这82对发射和接收管覆盖的区域，所需要的扫描时间与原来的所需要的扫描时间的比值为：

138/300＝46％

在整个的扫描周期中，包含有一部分固定用于微控制器系统的数值计算、信号传输的时间。对于使用波特率为9600的串口来与主机来通信的触摸屏来说，在本例中这个固定的时间约为15～17mS，假设为16mS，则这时的扫描周期变为：

(40-16)×46％+16≈27mS

扫描频率约为37次/秒，比原来提高了12次/秒。对于上面的第二种处理方式，则以27mS的周期为间隔时间，再次计算触摸物的运动距离、选择的管子的数量(留两对的裕量)，可得到扫描检测的时间约为24毫秒，扫描频率约为42次/秒，比原来提高了17次。这样循环下去几次以后，即选取i＝1、2、3……直到设定的数值n以后，就基本山可以将参照点四周需要选择的对管的数值，也就是图3中的预定数K_i(i＝n)固定在一个确定的数值上。在设定了上述最大速度、原始扫描实际耗时、原始扫描周期和触摸屏框架单位长度上安装的发射和接收对管的数量以后，则这些数值就是确定的。因此，可以将一系列K_(i)值存储在微控制器的存贮器内，触摸屏在检测到触摸物后，依次调用这些数值用于扫描检测区域的设定。事实上，在21英寸的触摸屏上，手指等触摸物的移动速度很少达到2m/S，一般能到1.5m/S就已经很快了，因此使用本发明的方法后，触摸屏的扫描频率很可能要比上面计算的更高。

如果触摸屏的传输端口使用现在更常用的USB端口，那么上面例子中触摸屏全区域扫描的周期将会缩短到30mS左右，使用本发明的方法以后，扫描频率的提升的幅度会更大，触摸屏的对于触摸事件的响应将更灵敏迅速，操作起来会更灵活方便。但是无论微控制器计算、传输的速度有多迅速，这些后来设定的区域也不能无限小，被选择的红外发射和接收对管对，最少要包括与发射和接收被触摸物所阻断的横向和纵向的红外线所相邻的红外发射和接收对管，或者说以参照点为对称中心，在不考虑裕量时，横向和纵向上至少各有三对红外发射和接收对管被选择参与扫描检测，即K_n≥1。

另外，如果触摸物的位置在触摸屏的某个边角附近，则在触摸物与该边角之间，可供选择的红外发射和接收对管的数量可能会小于K_i，这时选择触摸物与该边角之间全部的发射和接收对管即可。因为这时边框限制触摸物，不可能移动更大的位移。

前面所说明的是触摸屏上只有一个触摸物的情况。现在一些红外触摸屏可以识别多于一个的触摸点或触摸物，如两个、三个等。在这种情况下，依然可以应用上面的方法，首先在全区域循环扫描检测是否有触摸物；在检测到触摸物的情况下，针对每个触摸物都建立一个参照点，设定各自的二次和多次扫描检测区域，选择与触摸物的数量的红外发射和接收管对管的组数，按照设定的顺序扫描检测每一个设定的区域。如果各个触摸物之间的距离较小，则可能出现扫描检测区域互相重叠的情况，这时只需按顺序连续扫描检测下去即可，重叠部分不需要重复扫描检测。

本发明给出了提高红外触摸屏检测速度的一种基本方法，但没有全面描述基于本发明方法的所有实施方案及其详细步骤。因此，基于本发明基本技术方法的一切改进、变通、替代的实施方案，都处于本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种提高红外触摸屏响应速度的方法，该方法用于由沿着矩形对边排列安装的若干对红外发射和红外接收管，以及用于驱动所述红外发射管发射红外线和用于处理红外接收管所输出的光电信号、并输出扫描检测结果的微控制器系统构成的红外触摸屏，其特征在于包含有如下步骤：

2.根据权项1所述提高红外触摸屏响应速度的方法，其特征在于：步骤C与步骤E所选择的若干对红外发射和接收对管的数量相同。

3.根据权项1所述提高红外触摸屏响应速度的方法，其特征在于：步骤E所述被选择参照点前后左右的若干对红外发射管和接收管的数量，随着扫描检测周期的缩短而减少，直到设定的最少数量，即随着扫描周期的缩短被扫描检测的区域的面积也随着减小，直到设定的最小面积。

4.根据权项3所述提高红外触摸屏响应速度的方法，其特征在于：所述被选择的红外发射和接收对管，最少要包括与发射和接收被触摸物所阻断的横向和纵向的红外线的红外发射和接收对管所相邻的红外发射和接收对管。

5.根据权项3所述提高红外触摸屏响应速度的方法，其特征在于：每次被选择的发射和接收对管的数量值(K_i)，被存储在微控制器的存贮器内；触摸屏在检测到触摸物后，依次调用这些数量值用于扫描检测区域的设定。

6.根据权项1、2、3、4或5所述提高红外触摸屏响应速度的方法，其特征在于：所述的触摸物有两个或两个以上，所述参照点的数量与触摸物的数量相同；所述被选择的红外发射和接收管对管的组数也与触摸物的数量相同。