CN101398734A - 使用偏振片的红外触摸屏并行扫描系统 - Google Patents
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Abstract
一种使用偏振片的红外触摸屏的并行扫描系统，包含有红外元件、红外滤光窗口，以及对应的驱动和信号处理电路、微控制器系统，其特征在于所述红外元件被分为若干被编号的模组，每个模组前方的红外滤光窗口内都安装有偏振方向相同的偏振片；同一边框上相邻两模组前方的偏振片的偏振方向相反；各个模组内的驱动电路相同，其输入端并联后与微控制器系统的地址驱动数据输出端连接；模组内还包含有红外信号处理电路，其检测信号输出端通过一个组标识编码器或者直接与微控制器系统相连接。本发明将触摸屏划分为若干个小面积的检测区域并行检测，从而大幅度地提高了触摸屏的响应速度。并且因模组结构相同，所以也降低了触摸屏的设计制造和维修成本。
Description
技术领域
本发明涉及一种红外触摸屏中红外扫描检测系统的光路和电路结构的改进方案，属于计算机多媒体技术中的触摸屏技术领域。
技术背景
在现有的红外触摸屏中，对于被检测表面的触摸物的扫描检测方式，都是使用一组安装在红外触摸屏边框上的红外发射管阵列和与其对应的红外接收管阵列，通过逻辑电路和模拟电路，由触摸屏内部的微控制器系统所产生的扫描地址信息来顺序驱动、选通阵列中每一对红外发射和接收对管，来实现用于检测触摸物的红外线的发射和接收。
由于现有技术都是按照一定的顺序以单循环的方式来驱动和选通红外元件，即将所有的红外发射和接收对管都扫描一遍以后，才开始第下一个周期的扫描，因此存在着扫描周期长的缺点，导致触摸屏的响应比较缓慢，尤其对于尺寸较大的如60、70英寸的触摸屏，其速度之慢让人难以承受。也有将横向和竖向的红外元件分开并行扫描的方式，也只能将扫描时间缩短一半左右，不能从根本上缩短扫描的周期、提高响应速度，依旧难以达到实际使用的要求。目前最新的技术方案如申请号为200610140874.2的中国专利申请，公开了一种利用跟踪触摸物，在触摸物所在的一定区域内进行局部扫描的方式来提高响应速度的方法，在一定程度上提高触摸屏的响应速度。但是在起始寻找触摸物，或者中途触摸物离开以后，还是要先全屏扫描找到触摸物以后，才能在较小的区域内跟踪触摸物，达到较高的扫描速度。因此，存在着起始时响应速度依旧很慢的问题。
发明内容
本发明的内容就是针对现有技术的不足之处，公开了一种使用偏振片的并行扫描系统来提高红外触摸屏响应速度的技术方案。
本发明的并行扫描系统，包含有安装在构成触摸屏框架的印刷电路板上的红外元件、安装在红外元件发光面和受光面前方的红外滤光窗口，以及与红外元件对应的驱动和信号处理电路、微控制器系统。与现有技术相比较，本发明中使用了偏方向相反的偏振片来分隔同时并行工作的光路，再配合以并行扫描检测的电路结构，将被扫描检测的区域划分成面积更小的若干个子区域，以达到提高扫描速度/进而提高响应速度的目的。具体技术方案如下：所述红外发射和接收对管被分为若干模组并被编号，每个模组前方的红外滤光窗口内都安装有偏振方向相同的偏振片；同一边框上相邻两模组前方的偏振片的偏振方向相反；每一组红外发射管和接收管的地址驱动电路均按照同一方式、时间和顺序选取驱动每一对红外元件，并且其驱动电路的数据输入端的同名端并联后，都与所述微控制器系统的地址驱动数据输出端相连接，解决了各个分组或者称为模块的并行发射的问题。对于与发射部分相对应的接收部分，为了区分哪个组有触摸信号被检测输出，所述每个模组内都包含有一个的红外接收元件的信号处理电路，并且所述电路都有至少一个检测信号输出端，与微控制器系统的I/O接口相连接。
根据上面基本的技术方案，各个部分可以进一步给出更详细的技术内容。在本发明中，所述的偏振片可以安装在红外滤光条的透光表面上；所述微控制器系统的驱动输出端和所述驱动电路的数据输入端，可以是通过多条地址数据线相连接的并行端口；也可以是通过一条地址数据线相连接的串行端口。如果使用所述的串行端口，则在所述微控制器系统的地址数据输出端口内，包含有一个并入/串出的移位寄存器，寄存器的输入端与多条微控制器的I/O端口相连接，其输出端为微控制器系统的驱动输出端，与所述地址数据线相连接；所述驱动电路的内部包含有一个串入/并出移位寄存器，其输入端与所述地址数据线相连接，其输出端与所述驱动电路内的解码电路的输入端相连接。
在本发明中，为减少节省微控制器系统的I/O端口及其与各个模组之间的连接线，可以在所述微控制器系统内设置一个组标识编码器，其输出端与微控制器的I/O接口相连接；所述每个模组内的检测信号输出端，分别与所述组标识编码器的一个输入端相连接。这里，组标识编码器包含有若干被编号的输入端，分别与所述检测信号输出端与其相连接的各个模组的编号相对应；所述组标识编码器的输出端包含有多条并行的二进制数据线；当某个输入端输入规定的信号时，其二进制数据输出端输出与该输入端唯一对应的二进制数据。通用小规模逻辑芯片40147是一个可直接使用的编码器，或者可作为设计的参考。
上述结构已经能实现数字形式的检测信号的输出及分辨出哪个组输出了检测信号，已经能够满足一般红外触摸屏的需要。但是如果需要各个模组中的光电信号接收电路输出模拟信号，以供微控制器系统的其他电路进行后续处理，如A/D变换后得到更高的分辨率等，则所述并行扫描系统内还包含有一个加法器，所述各个模组中的光电信号接收电路另外有一个模拟信号输出端与加法器相连接。这时加法器可以由运算放大器构成。
当然，如果这里各模组的模拟信号输出端直接与微控制器系统的输入端相连接，也可以省略所述的组标识编码器和加法器；但是这时微控制器系统的输入端应该是A/D变换器的输入端。
通过上面的描述可知，使用本发明的技术方案，能够将整个触摸屏划分为若干个面积较小的检测区域，并行同时检测，这样就会大幅度缩短扫描检测屏幕表面的周期，从而大幅度提高触摸屏的响应速度。并且，由于各个并行检测模组的内部电路基本相同，只要包含的发射和接收对管的数量相同还可以互换，所以也能大大降低触摸屏的设计工作量和技术难度，有利于降低生产制造和维修维护成本。
附图说明
图1：偏振片在触摸屏边框上安装位置的示意图；
图2：红外发射和接收对管模组与微控制器系统的一种连接结构示意图；
图3：红外信号接收部分信号输出和模组编码电路的原理示意图；
图4：使用串行总线驱动红外元件模组的逻辑原理示意图。
具体实施例
下面结合附图，来详细说明本发明的一些具体实施方式。
本发明将红外发射和接收对管阵列在排列方向上划分为若干模组，一般是包含的红外发射和接收对管的数量相同的模组，并为其编号以供后面辨识哪一组输出了检测信号之用，而且最简方式是模组内部的电路结构都相同。然后使用安装在红外发射管和接收管(统称为红外元件)阵列的工作面(发射面或接收面)前面的、偏振方向相反(相垂直)的偏振片，来阻挡相邻模组同时发射红外线的发光管的散射光，对本组的接收管的干扰。在本发明中，偏振片的基本安装结构示例如图1所示。图中，在构成触摸屏的边框101的内侧、用来通过红外线的滤光材料的窗口的表面上，安装有偏振方向相反的片102、103，可根据工艺、寿命等的要求而选择安装在内外哪个表面上。这样，当相邻的模组中的红外发射管(在驱动电路相同的情况下是被驱动顺序号相同的发射管，比如一个模组中的第一号和左右相邻的两个模组的第一号发射管)同时被驱动发射红外线时，因为偏振片的偏振方向相反，所以红外接收管只能接收到红外发射管所发射的红外线。更远的模组的偏振片虽然有与本模组相同的偏振方向，但是由于离轴(偏离光轴)的角度过大，不足以形成足够幅度的光电信号输出。无论是在触摸屏的横向还是纵向，都采用这样的结构，就可以将触摸屏的扫描检测区域划分成多个小的子区域。在图1的示例中，触摸屏的横向和纵向方向上各被分割成4个和3个模组，这样整个扫描检测区域就被分割成为12个子区域104。这样，横向的4组和纵向的3组一起扫描，那么扫描一帧的周期则只有原来的1/7，大大提高了扫描检测的速度，缩短了检测到触摸物位置的时间，也就提高了触摸屏的响应速度。
与上述的结构特征相配合，本发明的电路结构如图2和图3所示。图2是一种使用6位(D0～D5)并行的、传输红外元件的扫描顺序的数据的总线(后面简称并行地址总线)来并行驱动最多包含有64个红外元件的各个发射模组的原理结构图。图中触摸屏的微控制器系统201通过包含有电源(Vcc和GND)和时钟线(CLK)的并行地址总线205，与每个模组的地址解码器202的各个同名输入端分别并联；在每个模组内，地址解码器又通过红外发射管阵列的驱动器或者红外接收管阵列的选通开关阵列(为叙述方便，后面将驱动和选通统称为驱动)203，驱动红外发射管阵列或者红外接收管阵列204。在地址解码器202和驱动电路203结构相同的情况下，对应于每一个地址总线205传输过来的地址码，不同模组内的都有一个相同序号的发射管被驱动发射红外线，这样就实现了各模组同时进行的并行扫描，从而实现了上述的分区扫描模式。尽管这个电路的具体结构多种多样，但都属于非常成熟的现有技术，可参考如在此不过多说明。
图3给出的是图2中红外元件是红外接收管时，实现模组区分的电路结构。图3中的模组电路，包含有驱动接收管阵列302的模拟开关驱动器301，并且比图2多了一个光电信号处理单元303，该单元在检测到触摸物时输出规定的信号，如电平信号和/或模拟信号。红外发射管在发射红外线时，只要使用图2的结构，就可以实现并行扫描；但是对于接收部分，因为需要区分哪个模组检测到有触摸信号输出，所以输出端不能并联。一个解决方案是每个模组的信号输出端都分别与微控制器系统的I/O接口相连接，这样的优点是电路简单，信号直通到了微控制器系统，因此没有在图中给出，缺点是要占用微控制器系统较多的I/O口线；另一个方案是在微控制器系统中加入一个组标识编码器305。所述组标识编码器305的各个输入端被编号，分别与各个被编号的模组的光电信号处理单元303的一个检测信号输出端相连接；其输出端通过并行总线306与微控制器系统的I/O端口相连接。这个组标识编码器的输出端包含有多条并行的二进制数据线，当某个输入端输入规定的信号时，其二进制数据输出端输出与该输入端唯一对应的二进制数据。通用小规模逻辑芯片40147(10线—4线BCD优先编码器)是一个可直接使用的编码器，或者其逻辑功能可作为设计的一个重要参考。
上述结构已能实现数字形式的检测信号的输出及输出信号的模组辨识，能够满足一般红外触摸屏的需要。但是如果需要各个模组中的光电信号接收电路输出模拟信号，以供微控制器系统进行后续处理，如A/D变换后得到更高的分辨率等，则所述并行扫描系统内还包含有一个加法器304，其输出端与微控制器系统的一个A/D变换输入端相连接；所述各个模组中的光电信号接收电路另外有一个模拟信号输出端，与加法器的输入端相连接，加法器可以由运算放大器构成。在这种结构中，组标识编码器305用于分辨哪个组输出了检测信号；而加法器304则输出光电信号的幅度。但如果各模组的模拟信号输出端直接与微控制器系统的输入端相连接，也可以省略所述的组标识编码器305和加法器304；但是这时微控制器系统与之连接的输入端，都应该是具有A/D变换功能的输入端。
如果使用图2或图3所示的并行地址总线，则电路板上的布线数量会比较多，增加设计难度。图4中给出了一种使用移位寄存器来实现数据在并行和串行之间转换的技术方案，用一条串行数据线替换数量较多并行地址总线。以图中可以驱动64只红外元件的模组为例，与图2或图3中主要的区别在于：将原来的并行地址线D0～D5所发出的并行数据，通过微控制器201总线出口的并入串出移位寄存器401转换成为串行数据，并经地址总线DATA传送到各个模组；再通过各个模组输入端的串入并出移位寄存器402转换成为并行数据，在控制线EN的作用下，通过解码/驱动器403(202+303)来驱动红外元件阵列204。
前面着重说明了实现本发明目的基本实施方案，并行扫描检测系统的原理和基本结构，给出了可以实现本发明目的的少量示例。作为完整的应用技术方案，能够实现并行扫描检测的具体电路和微控制器协同的软硬件结构，在现有技术条件下几乎有无数种技术方案，上述示例说明的实施结构不是唯一的。比如偏振片与红外滤光窗之间的结构设计、地址数据的传输方式、红外元件的驱动方式、以及微控制器内部的代码结构和各种功能等，都有很多种可用的技术方案；甚至每个模组内都使用一只微处控制器，互相之间通过控制接口来协同工作这类更复杂的技术方案。因此，在本发明的基本技术方案的基础上的进行的改进、移植、变通、删减、增补等方式的实施，都属于本发明的技术范围之内。
Claims (10)
1.一种使用偏振片的红外触摸屏的并行扫描系统，包含有安装在构成触摸屏框架的印刷电路板上的红外元件、安装在红外元件发光面和受光面前方的红外滤光窗口，以及与红外元件对应的驱动和信号处理电路、微控制器系统，其特征在于：
所述红外发射和接收对管被分为若干模组并被编号，在每个模组前方的红外滤光窗口内都安装有偏振方向相同的偏振片；同一边框上相邻两模组前方的偏振片的偏振方向相反；每一组红外发射管和接收管的地址驱动电路均按照同一方式、时间和顺序选取驱动每一对红外元件，并且其驱动电路的数据输入端的同名端并联后，都与所述微控制器系统的地址驱动数据输出端相连接；所述每个模组内都包含有一个的红外接收元件的信号处理电路，并且所述电路都有至少一个检测信号输出端，与微控制器系统的I/O接口相连接。
2.根据权利要求1所述的并行扫描系统，其特征在于：所述的偏振片安装在红外滤光窗的透光表面上。
3.根据权利要求1所述的并行扫描系统，其特征在于：所述微控制器系统的驱动输出端和所述驱动电路的数据输入端，是通过多条地址数据线相连接的并行端口。
4.根据权利要求1所述的并行扫描系统，其特征在于：所述微控制器系统的驱动输出端和所述驱动电路的数据输入端，是通过一条地址数据线相连接的串行端口。
5.根据权利要求4所述的并行扫描系统，其特征在于：在所述微控制器系统的地址数据输出端口内，包含有一个并入/串出的移位寄存器，寄存器的输入端与多条微控制器的I/O端口相连接，其输出端为微控制器系统的驱动输出端，与所述地址数据线相连接；所述驱动电路的内部包含有一个串入/并出移位寄存器，其输入端与所述地址数据线相连接，其输出端与所述驱动电路内的解码电路的输入端相连接。
6.根据权利要求1所述的并行扫描系统，其特征在于：所述构成触摸屏的微控制器系统内还包含有一个组标识编码器，其输出端与微控制器的I/O接口相连接；所述每个模组内的红外接收元件的信号处理电路的检测信号输出端，分别与所述组标识编码器的一个输入端相连接。
7.根据权利要求6所述的并行扫描系统，其特征在于：所述组标识编码器包含有若干被编号的输入端，分别与所述检测信号输出端与其相连接的各个模组的编号相对应；所述组标识编码器的输出端包含有多条并行的二进制数据线；当某个输入端输入规定的信号时，其二进制数据输出端输出与该输入端唯一对应的二进制数据。
8.根据权利要求6所述的并行扫描系统，其特征在于：所述并行扫描系统内还包含有一个加法器，其输出端与所述微控制器系统的一个I/O接口相连接；所述每个模组内的红外接收元件的信号处理电路都有一个光电信号输出端，所述加法器的一个输入端相连接。
9.根据权利要求8所述的并行扫描系统，其特征在于：所述加法器由运算放大器构成。
10.根据权利要求1或8所述的并行扫描系统，其特征在于：微控制器系统与所述红外接收元件的信号处理电路的检测信号输出端相连接的I/O接口，或者与所述加法器相连接的I/O接口，是A/D变换器的输入端。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| EE01 | Entry into force of recordation of patent licensing contract |
Application publication date: 20090401 Assignee: Beijing Irtouch Systems Co.,Ltd. Assignor: Beijing UNITOP New Technology Co., Ltd. Contract record no.: 2012110000118 Denomination of invention: Infrared touch screen parallel scanning system using polarizing disc Granted publication date: 20101215 License type: Exclusive License Record date: 20120717 |
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| DD01 | Delivery of document by public notice |
Addressee: Beijing UNITOP New Technology Co., Ltd. Document name: Notification to Pay the Fees |
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| DD01 | Delivery of document by public notice | ||
| DD01 | Delivery of document by public notice |
Addressee: Beijing UNITOP New Technology Co., Ltd. Document name: Notification of Termination of Patent Right |
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| DD01 | Delivery of document by public notice | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20101215 Termination date: 20170928 |