CN101187843B - 一种红外触摸屏 - Google Patents

Abstract

一种红外触摸屏检测元件的驱动和安装结构，将使用矩阵电路驱动的安装在红外触摸屏边框的两组对边上的红外发射和接收对管，根据与驱动矩阵的行列分为若干组，按照一定的顺序，将至少两组检测元件中的红外发射和接收对管，都与至少另外一组检测元件中的红外发射和接收对管交叉排列安装。这种安装结构方案可以保证在一个列驱动单元的元件损坏、该列所驱动的检测元件无法工作时，不至于在大面积的区域内无法检测任何触摸操作，只是降低了分辨率。这对于一些不能轻易中断工作的应用场合，避免了不得不停工检修的问题。如果与触摸界面、触摸物的设计相配合，还能够起到系统冗余的作用，能大幅度提高系统的可靠性。

Description

一种红外触摸屏

技术领域

本发明属于红外触摸屏技术领域，尤其是一种涉及红外触摸屏中红外发射管和接收管的选通、驱动和安装的技术领域。 

技术背景 

红外触摸屏已经是一项很成熟的技术，应用非常广泛。号码为3,775,560、3,860,754的美国专利和号码为00121462.4的中国专利或申请文献已经给出了有关红外触摸屏的很多技术方案，包括由红外发射管和接收管构成的检测元件的选通、驱动和安装结构方案。一直以来被广泛应用的红外发射管的驱动和红外接收管的选通的技术方案，主要以矩阵结构的电路形式为主，如图1所示，即：分别用于驱动红外发射管和选通接收管的行矩阵的若干输出分别和若干只检测元件的一个连接端相连接，构成一组检测元件，然后这些检测元件的另一个连接端共同连接到一个列矩阵的输出端上构成公共端；每一组内的红外发射和与其对应的接收元件构成若干对红外发射和接收管对，按照设定好的被选通或驱动(为叙述方便，后面将驱动和选通通称为驱动)的顺序，排列安装在触摸屏的边框上，如图2所示。而每一组检测元件，则按照列驱动器的输出顺序，同样按照设定好的顺序安装在排列安装在触摸屏的边框上；各个检测元件组构成了红外发射和接收管阵列，安装在触摸屏边框的两组对边上，如图2所示的排列结构。 

但是现有的这种驱动方式有一个问题：由于行矩阵所驱动的检测元件都集中地顺序安装在一起，因此如果行驱动器内的一个驱动单元损坏，就将导致该行内所有的检测元件都不能正常工作，如图2中，如果连接虚线框105内序号为1-8的检测元件公共端的列驱动线203上的驱动元件损坏，则这些检测元件就都无法正常工作，这样触摸屏上会出现一个检测触摸的无效区，如图2中的点划线框206所示，导致触摸屏完全报废。尤其对于红外发射部分，由于工作电流较大，这种损坏发生的概率很高。 

发明内容

本发明的目的，就是针对上述现有技术的缺陷，给出一种能够在某一个或者某些行驱动单元损坏的情况下，维持触摸屏一些基本功能的检测元件的安装结构的技术方案。 

为了实现上述的发明目的，根据现有红外触摸屏检测元件的驱动方案——所述检测元件分成至少两组，并沿横向和纵向排列安装在红外触摸屏边框上，每一组检测元件包含安装在红外触摸屏边框的两组对边上的、一一对应的红外发射管和接收管组成的红外发射和接收管对，各个检测元件组中的红外发射和接收管对构成矩阵结构的红外发射和接收管阵列；其中每一组检测元件中的每一只红外发射管或者红外接收管，都有一个连接端连接到一个用于按照设定的顺序驱动各组的组驱动公共端口上，另一连接端分别连接到一个含有若干个用于那按照设定的顺序驱动组内检测元件的驱动电路的输出端采用了如下的技术方案：所述每一组检测元件中的红外发射和接收管对，都与至少另外一组检测元件中的红外发射和接收管对，在触摸屏的边缘上间隔均匀地按照设定的顺序交叉排列安装。 

这里的交叉安装排列，可以是两组检测元件中的红外发射和接收管对在触摸屏的边缘上照设定的顺序交叉排列安装，也可以是三组或三组以上的检测元件中的红外发射和接收管对，在触摸屏的边缘上按照设定的顺序交叉排列安装。 

分析上面描述的技术方案，可知这种安装结构方案可以保证在一个列驱动单元的元件损坏、该列所驱动的检测元件无法正常工作时，不至于在大面积的区域内无法检测任何触摸操作，因为在这组不能正常工作的检测元件中每个元件的旁边，还有至少另外一组检测元件可以正常工作，因此还能粗略检测这个区域内的大部分触摸操作，只是分辨率降低了。这对于一些如军事、流水线等不能轻易中断工作的应用场合非常重要，至少可以保证对一些尺寸较大的触摸物能够正确识别，避免了不得不马上停工检修而造成损失的问题。如果与触摸界面的设计相配合，使用与出现上述损坏情况相适应的触摸按纽、标记和触摸物，还能够起到系统冗余的作用，能大大提高系统的可靠性。 

附图说明

图1：矩阵驱动结构的红外检测元件的基本电路结构图。 

图2：两组红外检测元件在现有触摸屏边缘安装的结构图。 

图3：本发明中两组红外检测元件在触摸屏边缘安装的结构图。 

图4：本发明中三组红外检测元件在触摸屏边缘安装的结构图。 

图中各部分的名称： 

101驱动矩阵中的列驱动器，图中为8×8驱动矩阵的列驱动器； 

102驱动矩阵中的行驱动器，图中为8×8驱动矩阵的行驱动器； 

103矩阵的驱动总线； 

104红外检测元件(红外发射或者接收管中的一种)，在此是红外发射管； 

105虚线框内是按照检测元件在触摸屏边缘的排列顺序而得到的分组方式； 

106同105的分组方式，虚线框内是本发明方案中两组检测元件的序号； 

107同105的分组方式，虚线框内是本发明方案中三组检测元件的序号； 

108同105的分组方法，点虚线框内是驱动矩阵的行列互换后的分组方式； 

201构成触摸屏边缘用于安装检测元件和其它元件的电路板； 

202同105分组方式的另外一组检测元件在电路板上的安装结构； 

203连接列矩阵的一个组驱动公共端口，图中为第一条列驱动线A； 

204连接列矩阵的一个组驱动公共端口，图中为第二条列驱动线B； 

205连接行矩阵的行驱动总线a～h； 

206第一条列驱动线失效后在触摸屏上产生的检测盲区； 

401连接列矩阵的一个组驱动公共端口，图中为第三条列驱动线C。 

具体实施方案 

以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。 

本发明可以有多个具体的实施方案。 

在图1、图2所示的基本结构中，虚线框105中按照被驱动的顺序排列的序号为1～8的8只检测元件104在图2中的电路板201上顺序排列，构成了现有红外触摸屏矩阵结构驱动电路的基本连接方案。图1中给出的是最常用的8行×8列的驱动矩阵，因为考虑还要展示本发明的技术方案，所以只给出了序号为1～8的检测元件，图2中虚线框201中序号为的9～16的8只管子没有给出，但连接方式与序号1～8的检测元件相同，即1～8号检测元件分别从行矩阵102的输出端a～h连接到列矩阵101的输出端A，那么图2中序号为9～16的检测元件则 从行矩阵的输出端a～h连接到列矩阵的输出端B，如此类推，直到被驱动的序号应该为57～64的检测元件(图中未画出)从行矩阵的a～h输出端连接到列矩阵的输出端H。而这些检测元件在电路板201上，则是按照图2中检测元件1～16所示的顺序依次排列。 

如果各个检测元件在图2中电路板201上的排列顺序不变，而将序号为1～16的检测元件104按照图1中虚线框106所示的方法连接，即序号为1、3、5、7、9、11、13、15的检测元件分别连接在行矩阵102的输出端a～h和列矩阵101的输出端A之间；序号为2、4、6、8、10、12、14、16的检测元件分别连接在行矩阵的输出端a～h和列矩阵的输出端B之间，就构成了图1、图3中虚线框106所示的连接方案。这样连接、排列安装检测元件，假设如果与列矩阵输出端A相连接的第一条驱动线203出现故障，例如驱动晶体管损坏，那么这时在图3所示的序号为1～16的全部检测元件中，只有序号为奇数的检测元件无法正常工作，而序号为偶数的检测元件依然可以正常检测。这时检测的分辨率降低了，但是不至于出现如题1中区域206所示的大面无效盲区，触摸屏一般还可以保持大部分的触摸功能。假设如果触摸界面的设计和触摸物的选择能够与这种降低了的分辨率相适应，这就相当于给触摸屏增加了一套冗余系统，将大大提高触摸屏的可靠性。如果发过来，假设图1、3中与列矩阵输出端B连接的第二条驱动线204出现故障，则还有序号为奇数的管子可以正常工作，得到同样的结果。 

如果红外触摸屏中横向和纵向方向上的检测元件是按照串连的顺序被依次驱动的，比如说在驱动横向的扫描触摸屏表面的检测元件后再驱动纵向的扫描元件，那么即使在触摸屏矩形边框的转弯处，依然可以使用这种技术方案来排列安装检测元件。 

如果红外触摸屏中横向和纵向方向上的检测元件是被并联驱动的，即当横向检测元件开始扫描检测时，纵向的检测元件也同时开始扫描检测，那么横向和纵向的检测元件都要分别使用这种方案来排列安装检测元件。 

图4给出的是三组检测元件在触摸屏边缘的电路板上交替排列安装的技术方案，其原理与前面的相同，增加了与列矩阵的输出端口C相连接的第三条驱动线401及其驱动的检测元件。使用这种安装结构，如果一组检测元件不能工作后， 低分辨率区域分布会更广、更均匀些，甚至两组检测元件不能正常工作时，还能检测到一些触摸操作。还可以将四组甚至更多组的检测元件按照前述的技术方案安装在触摸屏边缘的电路板上，同样能够实现本发明的目的。但是对于实施例中给出的8×8的驱动矩阵而言，更多组检测元件的交叉排列安装，相当于将矩阵的行列互换，其结果不会再有更多的差别。如果使用更大或者更小的驱动矩阵，则可以根据实际情况来设计将几组检测元件交叉排列安装在触摸屏边缘的电路板上。另外，还可以通过调整矩阵的大小、采用两组交叉和三组交叉混合使用的方案，来保证触摸屏中所有的检测元件都能分成适当大小的组，并适当调节最后交叉组内实际安装元件的数量，使得每一组检测元件都能与另外一组检测元件交叉安装，以避免因为组数出现奇数时而出现最后一组没有可交叉的检测元件组的情况，或者出现同一列驱动线上一对以上的检测元件没有可以交叉的元件而必须安装在一起的情况。 

例如一个触摸屏横向纵向总共需要安装102对红外发射和接收管，并且采用前述串连驱动的方式实施扫描检测，那么多种分组方案中的一种是：将这102对检测元件分成两个矩阵：一个8×8的矩阵和一个8×5的矩阵，并且这两个矩阵通过驱动总线103被串连连接，即完成了一个矩阵内的检测元件的驱动后，再驱动另一个矩阵内的元件。这样，检测元件的安装方案可以设定为： 

8×8矩阵：4×2组交叉，每组8对，共安装了64对检测元件； 

8×5矩阵：3组+2组交叉，每组8对，2组交叉的每组内减少一对检测元件不安装构成7×2矩阵，这样就安装了38对检测元件。 

这样，64+38＝102，没有出现同一列驱动线上一对以上的检测元件必须安装在一起的情况。 

当然，触摸屏内用于控制检测元件扫描检测的微控制器的程序代码，也需要根据所使用的驱动矩阵的情况而编写，与使检测元件能够按照设计的顺序扫面检测整个触摸屏表面。 

如果上述的例子中横向和纵向的检测元件是并联被驱动的，则可以分别对横向和纵向的检测元件分组，按照同样的方法设计矩阵，尽可能将所有不同组的检测元件在触摸屏的边缘交叉排列安装。 

红外触摸屏上的检测元件分为红外发射元件和红外接收元件，二者一一对应构成红外发射和接收管对，因此上述的安装方案需要对每一对元件同步实施，即无论是红外发射元件还是接收元件，每一对都要沿触摸屏的边缘同轴地安装在触摸屏相对的两个边缘上。因为这两种元件的驱动矩阵可以设计成相同的结构，并使用相同的驱动总线103来驱动，所以译码输出是相同的；或者使用一个矩阵的译码输出通过不同的驱动元件来同时驱动这两类元件，因此这个对检测元件同步的要求很容易实现。 

本发明还可有其他实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员，可根据本发明做出各种相应的改变和变形。比如实施例中给出的检测元件是按照其在触摸屏边缘的电路板上的自然排列的序号，来被顺序驱动的，但是这个顺序也可以人为设定称为其它的顺序而不会对触摸屏的想能有很大影响，甚至不按照某种设定的顺序来排列安装也是可行的：例如，假设列驱动的顺序是第一列～第八列，那么将第一条列驱动线所连接的检测元件还可以不与第二条列驱动线所连接的检测元件交叉排列安装在一起，而与第三、第六甚至第八条列驱动线所连接的检测元件交叉安装在一起。还有驱动矩阵的行和列也是人为规定的，完全可以重新定义；或者偶尔出现少量检测元件无论怎样构建矩阵和分组也无法实现交叉安装的情况。但这些相应的改变和变形都应属于本发明的权利要求的保护范围。 

Claims (3)

1.一种红外触摸屏，包括若干组检测元件，所述检测元件沿横向和纵向排列安装在红外触摸屏边框上，每一组检测元件包含安装在红外触摸屏边框的两条对边上的、一一对应的红外发射管和接收管组成的红外发射和接收管对，各个检测元件组中的红外发射和接收管对构成矩阵结构的红外发射和接收管阵列；其中每一组检测元件中的每一只红外发射管或者红外接收管的一个连接端连接到一个用于按照设定的顺序驱动各组的组驱动公共端口上，另一个连接端连接到含有若干个用于按照设定的顺序驱动组内检测元件的驱动电路的一个输出端口，其特征在于：所述每一组检测元件中的红外发射和接收管对，都与至少另外一组检测元件中的红外发射和接收管对，在触摸屏的边缘上间隔均匀地交叉排列安装。

2.根据权利要求1所述的红外触摸屏，其特征在于：所述交叉排列安装，是两组检测元件中的红外发射和接收管对在触摸屏的边缘上交叉排列安装。

3.根据权利要求1所述的红外触摸屏，其特征在于：所述交叉排列安装，是三组或三组以上的检测元件中的红外发射和接收管对在触摸屏的边缘上交叉排列安装。

Images