CN101382859B - 用于红外触摸屏的光电发射接收装置 - Google Patents
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Abstract
一种用于红外触摸屏的光电发射接收结构，包含有沿安装在显示表面长度方向的触摸屏的两个边框上的红外元件，其中第N只发射或接收元件对应对边的第N只以及斜向的第N+M只接收或发射元件，并且在边框超出显示表面的延长位置，还安装有M只红外发元件，分别与对边框架上同一侧边缘部分安装的、在本边上仅有一只红外元件向与其对应的M只红外发射或接收元件。每一组这样的三只管子被依次或同时选通，触摸屏表面红外光线通过的路径形成一个纵斜光网。本发明适合长宽比很大的触摸屏，首先可避免因长度方向距离过大使红外线的衰减严重而无法工作，其次即便是变通后构成四个边框的一般结构，也能降低对生产和安装精度的要求。
Description
技术领域
本发明涉及光电检测技术领域，尤其是应用于计算机触摸屏领域的、检测触摸物位置的红外光电检测技术领域。
背景技术
目前红外触摸屏的工作原理是在触摸屏四周按一定顺序安装许多对红外发射接收管，这些发射接收管沿触摸屏边缘纵向和横向排列，其发射接收的光线在显示屏幕的前方构成一个正交的或者以正交形式为主的红外扫描网格，通过检测手指等触摸物所隔断的红外光线，实现对触摸物位置的检测。这种典型结构的技术方案在号码为95105303.5、00121462.4的中国专利申请和号码为3,764,813、3,860,754、6,429,857的美国专利中都有详细描述。
这种结构要求在红外触摸屏的四个边框上都安装有红外元件——发射管和接收管，并且位置相对的两个边框之间，都安装有光轴在一条直线上的红外发射和接收对管，因此每对管子之间光线的最短距离都要不小于边框的长度或者宽度。这对于一般4∶3或者16∶9等常规尺寸的显示屏幕而言，一般不会有很大问题；但是对于某些特殊的应用，如长宽的比例超过2∶1甚至达到4∶1、10∶1等尺寸比例并且尺寸较大的拼合显示屏幕，沿显示屏幕长度方向传播的红外光线将会被严重衰减，导致触摸屏不能正常工作。另外，四个边框上都安装有红外元件，既增加了部件的数量，又对安装配合精度的要求比较高，因此也增加了生产制造和的成本。
发明内容
本发明的目的，就是针对现有红外触摸屏的上述缺点，提出一种更适合大长宽比的显示屏幕的红外触摸屏的光电发射接收装置的技术方案。本发明的另一个目的是减少边框部件的数量，至少是降低对边框部件配合精度的要求。
为实现上述目的，本发明采用了如下的基本结构方案。在本发明的光电发射接收装置中，包含有红外元件即红外发射管和红外接收管、用于驱动每一只发射管并选通与该发射管对应的接收管的若干个开关阵列；耦合连接在与红外接收管对应的开关阵列的光电信号输出端的放大处理电路；以及通过I/O口线分别与上述各部分连接、控制上述部分工作的微型计算机系统。在本发明中，所述的红外元件，按照发射和接收元件分类，分别安装在构成触摸屏的框架的两个与显示屏幕的长边长度相同的长边上；在所述框架每个长边的延长部分，另各安装有M只同类型的红外元件，并且所述框架的两个长边的延长部分，与所述显示屏幕中心成中心对称结构；在所述两个长边的第一个长边上的第N只红外元件，对应于第二个长边上的第N只红外元件和第N+M只红外元件；在所述第一个长边的延长部分安装的M只红外元件，分别与框架第二个长边同一侧边缘部分安装的、在所述第一个长边上仅有一只红外元件与其对应的M只红外元件相对应；各个互相对应的红外元件，分别连接在不同的开关阵列内。
红外元件包含有红外发射和接收管，因此上述基本结构可以有两种具体构造。
第一种：在所述第一个长边上的第N只红外元件，以及所述框架长边的延长部分安装的红外元件，均是红外发射管；与所述第一个长边上的第N只红外元件相对应的第二个长边上的第N只、第M+N只红外元件，以及所述第二个长边的延长部分安装的M只红外元件，均为红外接收管。这样，所述第N只、第N+M只红外接收管，分别被连接在不同的开关阵列内。在这种结构下，接收管可以同时接收同一个发射管发射的红外线以提高扫描速度。为了使两只接收管互不影响，就需要所述第N只、第N+M只红外接收管的红外光电信号的输出端，分别被耦合连接到包含在光电信号放大处理电路中的独立的放大器的输入端。
第二种：在所述第一个长边上的第N只红外元件，以及所述框架长边的延长部分安装的红外元件，均是红外接收管；与所述第一个长边上的第N只红外元件相对应的第二个长边上的第N只、第N+M只红外元件，以及所述第二个长边的延长部分安装的M只红外元件，均为红外发射管。这时，所述第N只红外接收管、第N只、第N+M只红外发射管，分别被连接在不同的开关阵列内。由于一只接收管不能同时接受两只未经调制的红外发射管所发射的红外线，因此这是对接收管的光电信号处理电路中的放大器没有特殊要求。
无论第一种还是第二种具体的构造，在所述微型计算机系统包含微控制器，所述微控制器通过所述的I/O接口，控制所述开关阵列，在所述红外元件发射红外线时，选通与该发射红外线的原件相对应的红外接收元件。
当然，对于所述框架的两个长边的延长部分，还可以参照现有触摸屏的结构，安装在所述显示屏幕的宽度方向的边缘上，以缩减触摸屏在长度方向的尺寸。
为了取得均衡、良好的接收效果，需要综合考虑传播距离、发射和接收角度等问题，因此可以将红外元件倾斜安装，即：所述第一个长边的第N只红外元件的光轴，都指向第二个长边上、与其对应的第N只和第N+M只红外元件之间。
发明的益处：从上面对技术方案的描述可以看到，本发明有两个益处。第一，扩大了红外触摸屏的应用范围，可以用于大尺寸的大长宽比的显示屏幕这类普通红外触摸技术无法应用的场合；第二，即使应用于普通长宽比的显示屏幕，采用四周边框的结构，也降低了对边框生产和安装经度的要求，降低了生产成本。
附图说明
附图1：本发明的红外发射和接收装置的示意图；
附图2：与附图1相匹配的电路和微型计算机系统的结构示意图；
附图3：附图1的一种实用四个边框的变形结构示意图；
附图4：红外元件的一种安装结构示意图。
图中：101，显示屏幕；102，触摸屏长边即显示屏幕长度方向的框架；103，红外元件阵列；104，补齐装饰框架部分；105，红外光线光路构成的网格；
201，触摸屏短边即显示屏幕宽度方向的框架；202，安装在框架201之内的红外元件；
301、302，红外元件(发射和接收)的光轴；
401，构成触摸屏内部的微型计算机系统的微控制器；402，红外发射矩阵之一；403，红外发射管阵列；404，驱动红外发射管阵列的总线；405，红外接收矩阵之一；406，红外接收管阵列；407，驱动红外接收管阵列的总线；408，选择红外接收管阵列的总线；409，红外光电信号放大处理电路；410，红外光电信号输出输入端口。
具体实施方式
本发明的基本结构形式如图1所示。在沿显示屏幕101的长边方向上的触摸屏边框102的内部，安装有红外元件103。这里的红外元件可以是红外发射管，也可以是红外接收管，构成红外元件阵列，因此在图中只给出了红外线的传播路径105形成的扫描网格，而没有给出传播方向。如果假设上面一排的红外元件是红外发射管，则第N只发射管对应于对边的第N只接收管和斜向的第N+M只接收管，这是光线的传播方向如连接N-N和N-M的粗线箭头所示。在显示屏幕边缘以外、触摸屏框架长边的延长部分安装的M只红外元件，对应于对面框架上边缘处安装的、在本侧长边上仅有一只红外元件向与其对应的M只红外元件。图中虚线部分的框架104仅仅起到外观补充的作用，保持触摸屏的对称性。这样，当触摸屏内的微控制器控制相关电路，按照现有红外触摸屏的扫描方式，驱动发射边的第N只发射管发射红外线时，同时或者分别选通接收边的第N只和第N+M只红外接收管，来接收所述第N只发射管发射红外线，这样循环不断，每一组这样的三只管子被依次或同时选通，红外光线通过的路径就在显示屏幕101的表面红外形成一个纵斜的光网，实现检测触摸物坐标的目的。如果为了提高扫描速度，在上述第N只发射管发射红外线时，同时启动第N只和第N+M只红外接收管来接收红外线，这时就需要在第N只和第N+M只接收管所在的选通矩阵中，各有一个与第N只和第N+M只接收管的光电信号输出端相耦合连接的、独立的光电信号放大器，才能保证两路红外信号互不干扰。
上面描述的是一只红外发射管对应于两只红外接收管的扫描方式。与此对应，还可以选择一只红外接收管对应于两只红外发射管的结构方案，原理与上面描述的相同。但这时一致红外接收管不能同时接收两只发射管发射的未经调制的红外信号，因此接收端一般只需要一只与所述接收管的光电信号输出端相耦合连接的光电信号放大器。如果两只发射管所发射的红外信号经过调制，则可以同时接收，但在触摸屏的红外光电信号处理电路中，要包含有与发射管的调制单元相对应的解调单元。
图2是图1的一种变通结构，即：将所述两个边框的延长部分“弯折”，安装在所述显示屏幕的宽度方向的边缘上，构成与现有红外触摸屏相同的外部结构形式。如图所示，原来两个边框上延长的红外元件202，被安装进了两个单独的、沿显示屏幕宽度方向的边缘安装的框架201之中，形成与图1的结构相同的扫描网格结构。
图3是有关红外元件的最佳安装方式。因为本发明中，除了边框延长部分的红外元件外，其它红外元件都是一只发射对应于两只接收管，或者一只接收管对应于两只发射管。为了取得均衡、良好的接收效果，需要综合考虑传播距离、发射和接收角度等问题，因此可以将红外元件倾斜安装。如图所示，第一个长边的第N只红外元件的光轴301、302，都指向第二个长边上、与其对应的第N只和第N+M只红外元件之间(的位置)。对于距离较近的对应管，倾斜角度可以相对大些；对于距离较远的对应管，光轴的倾斜角度可以相对小些。这样利用距离和角度，就可以达到调节接收灵敏度的作用，使每只红外接收管所输出的信号都能比较一致，方便电路部分的设计和调试。对于边框延长部分安装的只与对边一只红外元件对应的管子，也可以参照这个方式处理。
图4是与图1或者图2相对应的一种电路系统的结构示意图。与现有触摸屏的结构相比，图4中仅仅多了一条红外元件选通矩阵的选择总线408。假设图中阴影部分的红外元件是红外接收管，则这部分的工作原理如下：由构成触摸屏微型计算机系统的核心元件——微控制器401发出选通指令后，微控制器通过扫描地址总线404，控制发射部分的每一个驱动矩阵402，驱动每一个红外发射管阵列403中的发射管，按照设定的顺序发射红外线；与此同时；微控制器通过扫描地址总线407和矩阵选择总线408，按照设定的规则，控制接收部分的两个选通矩阵405，分别驱动由被选择的两个矩阵所选通的两个接收管阵列406中的不同的接收管，按照设定的顺序接收由上述发射管发射的红外线。接收到的红外光电信号，通过红外光电信号输出输入端口410，传输到红外光电信号放大处理电路409中处理。如前所述，如果同时启动第N只和第N+M只红外接收管来接收红外线，这时所说与第N只和第N+M只红外接收管相对应的、独立的光电信号放大器，属于光电信号放大处理电路409的一部分。
由于使用微控制器按照一定规则来同时控制2～3个或者多个节点的通断，属于现有广泛应用的成熟技术，因此相关的技术细节就不在此详述，可参考前面背景技术的内容及有关微控制器的技术资料。
上述实施例所给出结构，是本发明的基本技术方案下的一般性结构，不是本发明的全部实施方案，因此本发明的保护范围包括但不局限于上述的具体结构方案。
Claims (8)
1.一种用于红外触摸屏的光电发射接收装置，包含有红外元件即红外发射管和红外接收管、用于驱动每一只发射管并选通与该发射管对应的接收管的若干个开关阵列；耦合连接在与红外接收管对应的开关阵列的光电信号输出端的放大处理电路；以及通过I/O口线分别与上述各部分连接、控制上述部分工作的微型计算机系统；其特征在于：
所述的红外元件，按照发射和接收元件分类，分别安装在构成触摸屏的框架的两个与显示屏幕的长边长度相同的长边上；在所述框架每个长边的延长部分，另各安装有M只同类型的红外元件，并且所述框架的两个长边的延长部分，与所述显示屏幕中心成中心对称结构；在所述两个长边的第一个长边上的第N只红外元件，对应于第二个长边上的第N只红外元件和第N+M只红外元件；在所述第一个长边的延长部分安装的M只红外元件，分别与框架第二个长边同一侧边缘部分安装的、在所述第一个长边上仅有一只红外元件与其对应的M只红外元件相对应；各个互相对应的红外元件，分别连接在不同的开关阵列内。
2.根据权利要求1所述的光电发射接收装置，其特征在于：在所述第一个长边上的第N只红外元件，以及所述框架长边的延长部分安装的红外元件，均是红外发射管；与所述第一个长边上的第N只红外元件相对应的第二个长边上的第N只、第M+N只红外元件，以及所述第二个长边的延长部分安装的M只红外元件，均为红外接收管。
3.根据权利要求2所述的光电发射接收装置，其特征在于：所述第N只、第N+M只红外接收管，分别被连接在不同的开关阵列内；所述第N只、第N+M只红外接收管的红外光电信号的输出端，分别被耦合连接到包含在光电信号放大处理电路中的独立的放大器的输入端。
4.根据权利要求1所述的光电发射接收装置，其特征在于：在所述第一个长边上的第N只红外元件，以及所述框架长边的延长部分安装的红外元件，均是红外接收管；与所述第一个长边上的第N只红外元件相对应的第二个长边上的第N只、第N+M只红外元件，以及所述第二个长边的延长部分安装的M只红外元件，均为红外发射管。
5.根据权利要求4所述的光电发射接收装置，其特征在于：所述第N只红外接收管、第N只、第N+M只红外发射管，分别被连接在不同的开关阵列内。
6.根据权利要求1或3、5所述的光电发射接收装置，其特征在于：在所述微型计算机系统包含微控制器，所述微控制器通过所述的I/O接口，控制所述开关阵列，在所述红外元件发射红外线时，选通与该发射红外线的原件相对应的红外接收元件。
7.根据权利要求1所述的光电发射接收装置，其特征在于：所述框架的两个长边的延长部分，安装在所述显示屏幕的宽度方向的边缘上。
8.根据权利要求1所述的光电发射接收装置，其特征在于：红外元件在所述框架上倾斜安装；所述第一个长边的第N只红外元件的光轴，都指向第二个长边上、与其对应的第N只和第N+M只红外元件之间。
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